[SimplifyCFG] Merge conditional stores
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
17 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
18 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
23 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
24 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
26 #include "llvm/IR/CFG.h"
27 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
28 #include "llvm/IR/Constants.h"
29 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
32 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
33 #include "llvm/IR/Instructions.h"
34 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
35 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
36 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/Metadata.h"
38 #include "llvm/IR/Module.h"
39 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
40 #include "llvm/IR/Operator.h"
41 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
42 #include "llvm/IR/Type.h"
43 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
44 #include "llvm/Support/Debug.h"
45 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
48 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
49 #include <algorithm>
50 #include <map>
51 #include <set>
52 using namespace llvm;
53 using namespace PatternMatch;
54
55 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
56
57 // Chosen as 2 so as to be cheap, but still to have enough power to fold
58 // a select, so the "clamp" idiom (of a min followed by a max) will be caught.
59 // To catch this, we need to fold a compare and a select, hence '2' being the
60 // minimum reasonable default.
61 static cl::opt<unsigned>
62 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(2),
63    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 2)"));
64
65 static cl::opt<bool>
66 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
67        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
68
69 static cl::opt<bool>
70 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
71        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
72
73 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
74     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
75     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
76
77 static cl::opt<bool> MergeCondStores(
78     "simplifycfg-merge-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
79     cl::desc("Hoist conditional stores even if an unconditional store does not "
80              "precede - hoist multiple conditional stores into a single "
81              "predicated store"));
82
83 static cl::opt<bool> MergeCondStoresAggressively(
84     "simplifycfg-merge-cond-stores-aggressively", cl::Hidden, cl::init(false),
85     cl::desc("When merging conditional stores, do so even if the resultant "
86              "basic blocks are unlikely to be if-converted as a result"));
87
88 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
89 STATISTIC(NumLinearMaps, "Number of switch instructions turned into linear mapping");
90 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
91 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
92 STATISTIC(NumTableCmpReuses, "Number of reused switch table lookup compares");
93 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
94 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
95
96 namespace {
97   // The first field contains the value that the switch produces when a certain
98   // case group is selected, and the second field is a vector containing the
99   // cases composing the case group.
100   typedef SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>
101     SwitchCaseResultVectorTy;
102   // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
103   // and the second field contains the value generated for a certain case in the
104   // switch for that PHI.
105   typedef SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> SwitchCaseResultsTy;
106
107   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
108   struct ValueEqualityComparisonCase {
109     ConstantInt *Value;
110     BasicBlock *Dest;
111
112     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
113       : Value(Value), Dest(Dest) {}
114
115     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
116       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
117       return Value < RHS.Value;
118     }
119
120     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
121   };
122
123 class SimplifyCFGOpt {
124   const TargetTransformInfo &TTI;
125   const DataLayout &DL;
126   unsigned BonusInstThreshold;
127   AssumptionCache *AC;
128   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
129   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
130                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
131   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
132                                                      BasicBlock *Pred,
133                                                      IRBuilder<> &Builder);
134   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
135                                            IRBuilder<> &Builder);
136
137   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
138   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
139   bool SimplifyCleanupReturn(CleanupReturnInst *RI);
140   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
141   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
142   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
143   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
144   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
145
146 public:
147   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout &DL,
148                  unsigned BonusInstThreshold, AssumptionCache *AC)
149       : TTI(TTI), DL(DL), BonusInstThreshold(BonusInstThreshold), AC(AC) {}
150   bool run(BasicBlock *BB);
151 };
152 }
153
154 /// Return true if it is safe to merge these two
155 /// terminator instructions together.
156 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
157   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
158
159   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
160   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
161   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
162   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
163   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
164   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
165
166   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
167     if (SI1Succs.count(*I))
168       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
169            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
170         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
171         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
172             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
173           return false;
174       }
175
176   return true;
177 }
178
179 /// Return true if it is safe and profitable to merge these two terminator
180 /// instructions together, where SI1 is an unconditional branch. PhiNodes will
181 /// store all PHI nodes in common successors.
182 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
183                                           BranchInst *SI2,
184                                           Instruction *Cond,
185                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
186   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
187   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
188
189   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
190   // common successors:
191   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
192   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
193   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
194   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
195   if (!Ci2) return false;
196   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
197         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
198       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
199         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
200     return false;
201
202   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
203   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
204   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
205   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
206     if (SI1Succs.count(*I))
207       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
208            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
209         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
210         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
211             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
212           return false;
213         PhiNodes.push_back(PN);
214       }
215   return true;
216 }
217
218 /// Update PHI nodes in Succ to indicate that there will now be entries in it
219 /// from the 'NewPred' block. The values that will be flowing into the PHI nodes
220 /// will be the same as those coming in from ExistPred, an existing predecessor
221 /// of Succ.
222 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
223                                   BasicBlock *ExistPred) {
224   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
225
226   PHINode *PN;
227   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
228        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
229     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
230 }
231
232 /// Compute an abstract "cost" of speculating the given instruction,
233 /// which is assumed to be safe to speculate. TCC_Free means cheap,
234 /// TCC_Basic means less cheap, and TCC_Expensive means prohibitively
235 /// expensive.
236 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I,
237                                        const TargetTransformInfo &TTI) {
238   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
239          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
240   return TTI.getUserCost(I);
241 }
242
243 /// If we have a merge point of an "if condition" as accepted above,
244 /// return true if the specified value dominates the block.  We
245 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
246 /// which works well enough for us.
247 ///
248 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
249 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
250 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
251 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
252 /// set and true is returned.
253 ///
254 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
255 /// Select whose cost is 2.
256 ///
257 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
258 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
259 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
260 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
261                                 SmallPtrSetImpl<Instruction*> *AggressiveInsts,
262                                 unsigned &CostRemaining,
263                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
264   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
265   if (!I) {
266     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
267     // can be executed unconditionally.
268     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
269       if (C->canTrap())
270         return false;
271     return true;
272   }
273   BasicBlock *PBB = I->getParent();
274
275   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
276   // the bottom of this block.
277   if (PBB == BB) return false;
278
279   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
280   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
281   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
282   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
283   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
284     return true;
285
286   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
287   // instructions in the 'if region'.
288   if (!AggressiveInsts) return false;
289
290   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
291   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
292
293   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
294   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
295   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
296   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
297     return false;
298
299   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, TTI);
300
301   if (Cost > CostRemaining)
302     return false;
303
304   CostRemaining -= Cost;
305
306   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
307   // not take us over the cost threshold.
308   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
309     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, TTI))
310       return false;
311   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
312   AggressiveInsts->insert(I);
313   return true;
314 }
315
316 /// Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
317 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
318 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout &DL) {
319   // Normal constant int.
320   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
321   if (CI || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
322     return CI;
323
324   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
325   // ConstantInt if possible.
326   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL.getIntPtrType(V->getType()));
327
328   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
329   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
330     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
331
332   // IntToPtr const int.
333   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
334     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
335       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
336         // The constant is very likely to have the right type already.
337         if (CI->getType() == PtrTy)
338           return CI;
339         else
340           return cast<ConstantInt>
341             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
342       }
343   return nullptr;
344 }
345
346 namespace {
347
348 /// Given a chain of or (||) or and (&&) comparison of a value against a
349 /// constant, this will try to recover the information required for a switch
350 /// structure.
351 /// It will depth-first traverse the chain of comparison, seeking for patterns
352 /// like %a == 12 or %a < 4 and combine them to produce a set of integer
353 /// representing the different cases for the switch.
354 /// Note that if the chain is composed of '||' it will build the set of elements
355 /// that matches the comparisons (i.e. any of this value validate the chain)
356 /// while for a chain of '&&' it will build the set elements that make the test
357 /// fail.
358 struct ConstantComparesGatherer {
359   const DataLayout &DL;
360   Value *CompValue; /// Value found for the switch comparison
361   Value *Extra;     /// Extra clause to be checked before the switch
362   SmallVector<ConstantInt *, 8> Vals; /// Set of integers to match in switch
363   unsigned UsedICmps; /// Number of comparisons matched in the and/or chain
364
365   /// Construct and compute the result for the comparison instruction Cond
366   ConstantComparesGatherer(Instruction *Cond, const DataLayout &DL)
367       : DL(DL), CompValue(nullptr), Extra(nullptr), UsedICmps(0) {
368     gather(Cond);
369   }
370
371   /// Prevent copy
372   ConstantComparesGatherer(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
373   ConstantComparesGatherer &
374   operator=(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
375
376 private:
377
378   /// Try to set the current value used for the comparison, it succeeds only if
379   /// it wasn't set before or if the new value is the same as the old one
380   bool setValueOnce(Value *NewVal) {
381     if(CompValue && CompValue != NewVal) return false;
382     CompValue = NewVal;
383     return (CompValue != nullptr);
384   }
385
386   /// Try to match Instruction "I" as a comparison against a constant and
387   /// populates the array Vals with the set of values that match (or do not
388   /// match depending on isEQ).
389   /// Return false on failure. On success, the Value the comparison matched
390   /// against is placed in CompValue.
391   /// If CompValue is already set, the function is expected to fail if a match
392   /// is found but the value compared to is different.
393   bool matchInstruction(Instruction *I, bool isEQ) {
394     // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
395     ICmpInst *ICI;
396     ConstantInt *C;
397     if (!((ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) &&
398              (C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)))) {
399       return false;
400     }
401
402     Value *RHSVal;
403     ConstantInt *RHSC;
404
405     // Pattern match a special case
406     // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
407     // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
408     if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
409       if (match(ICI->getOperand(0),
410                 m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
411         APInt Not = ~RHSC->getValue();
412         if (Not.isPowerOf2()) {
413           // If we already have a value for the switch, it has to match!
414           if(!setValueOnce(RHSVal))
415             return false;
416
417           Vals.push_back(C);
418           Vals.push_back(ConstantInt::get(C->getContext(),
419                                           C->getValue() | Not));
420           UsedICmps++;
421           return true;
422         }
423       }
424
425       // If we already have a value for the switch, it has to match!
426       if(!setValueOnce(ICI->getOperand(0)))
427         return false;
428
429       UsedICmps++;
430       Vals.push_back(C);
431       return ICI->getOperand(0);
432     }
433
434     // If we have "x ult 3", for example, then we can add 0,1,2 to the set.
435     ConstantRange Span = ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(
436         ICI->getPredicate(), C->getValue());
437
438     // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
439     // compare idiom as emitted by instcombine.
440     Value *CandidateVal = I->getOperand(0);
441     if(match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
442       Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
443       CandidateVal = RHSVal;
444     }
445
446     // If this is an and/!= check, then we are looking to build the set of
447     // value that *don't* pass the and chain. I.e. to turn "x ugt 2" into
448     // x != 0 && x != 1.
449     if (!isEQ)
450       Span = Span.inverse();
451
452     // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
453     if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet()) {
454       return false;
455     }
456
457     // If we already have a value for the switch, it has to match!
458     if(!setValueOnce(CandidateVal))
459       return false;
460
461     // Add all values from the range to the set
462     for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
463       Vals.push_back(ConstantInt::get(I->getContext(), Tmp));
464
465     UsedICmps++;
466     return true;
467
468   }
469
470   /// Given a potentially 'or'd or 'and'd together collection of icmp
471   /// eq/ne/lt/gt instructions that compare a value against a constant, extract
472   /// the value being compared, and stick the list constants into the Vals
473   /// vector.
474   /// One "Extra" case is allowed to differ from the other.
475   void gather(Value *V) {
476     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
477     bool isEQ = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
478
479     // Keep a stack (SmallVector for efficiency) for depth-first traversal
480     SmallVector<Value *, 8> DFT;
481
482     // Initialize
483     DFT.push_back(V);
484
485     while(!DFT.empty()) {
486       V = DFT.pop_back_val();
487
488       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
489         // If it is a || (or && depending on isEQ), process the operands.
490         if (I->getOpcode() == (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And)) {
491           DFT.push_back(I->getOperand(1));
492           DFT.push_back(I->getOperand(0));
493           continue;
494         }
495
496         // Try to match the current instruction
497         if (matchInstruction(I, isEQ))
498           // Match succeed, continue the loop
499           continue;
500       }
501
502       // One element of the sequence of || (or &&) could not be match as a
503       // comparison against the same value as the others.
504       // We allow only one "Extra" case to be checked before the switch
505       if (!Extra) {
506         Extra = V;
507         continue;
508       }
509       // Failed to parse a proper sequence, abort now
510       CompValue = nullptr;
511       break;
512     }
513   }
514 };
515
516 }
517
518 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
519   Instruction *Cond = nullptr;
520   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
521     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
522   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
523     if (BI->isConditional())
524       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
525   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
526     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
527   }
528
529   TI->eraseFromParent();
530   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
531 }
532
533 /// Return true if the specified terminator checks
534 /// to see if a value is equal to constant integer value.
535 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
536   Value *CV = nullptr;
537   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
538     // Do not permit merging of large switch instructions into their
539     // predecessors unless there is only one predecessor.
540     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
541                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
542       CV = SI->getCondition();
543   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
544     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
545       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition())) {
546         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
547           CV = ICI->getOperand(0);
548       }
549
550   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
551   if (CV) {
552     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
553       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
554       if (PTII->getType() == DL.getIntPtrType(Ptr->getType()))
555         CV = Ptr;
556     }
557   }
558   return CV;
559 }
560
561 /// Given a value comparison instruction,
562 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
563 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
564 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
565                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
566                                                                        &Cases) {
567   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
568     Cases.reserve(SI->getNumCases());
569     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
570       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
571                                                   i.getCaseSuccessor()));
572     return SI->getDefaultDest();
573   }
574
575   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
576   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
577   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
578   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
579                                                              DL),
580                                               Succ));
581   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
582 }
583
584
585 /// Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
586 /// in the list that match the specified block.
587 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
588                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
589   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
590 }
591
592 /// Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as well.
593 static bool
594 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
595               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
596   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
597
598   // Make V1 be smaller than V2.
599   if (V1->size() > V2->size())
600     std::swap(V1, V2);
601
602   if (V1->size() == 0) return false;
603   if (V1->size() == 1) {
604     // Just scan V2.
605     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
606     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
607       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
608         return true;
609   }
610
611   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
612   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
613   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
614   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
615   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
616     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
617       return true;
618     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
619       ++i1;
620     else
621       ++i2;
622   }
623   return false;
624 }
625
626 /// If TI is known to be a terminator instruction and its block is known to
627 /// only have a single predecessor block, check to see if that predecessor is
628 /// also a value comparison with the same value, and if that comparison
629 /// determines the outcome of this comparison. If so, simplify TI. This does a
630 /// very limited form of jump threading.
631 bool SimplifyCFGOpt::
632 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
633                                               BasicBlock *Pred,
634                                               IRBuilder<> &Builder) {
635   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
636   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
637
638   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
639   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
640   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
641
642   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
643   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
644
645   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
646   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
647   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
648                                                         PredCases);
649   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
650
651   // Find information about how control leaves this block.
652   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
653   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
654   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
655
656   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
657   // simplify TI based on this knowledge.
658   if (PredDef == TI->getParent()) {
659     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
660     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
661     // can simplify TI.
662     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
663       return false;
664
665     if (isa<BranchInst>(TI)) {
666       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
667       // uncond br.
668       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
669       // Insert the new branch.
670       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
671       (void) NI;
672
673       // Remove PHI node entries for the dead edge.
674       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
675
676       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
677            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
678
679       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
680       return true;
681     }
682
683     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
684     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
685     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
686     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
687       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
688
689     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
690                  << "Through successor TI: " << *TI);
691
692     // Collect branch weights into a vector.
693     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
694     MDNode *MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
695     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
696     if (HasWeight)
697       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
698            ++MD_i) {
699         ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
700         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
701       }
702     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
703       --i;
704       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
705         if (HasWeight) {
706           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
707           Weights.pop_back();
708         }
709         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
710         SI->removeCase(i);
711       }
712     }
713     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
714       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
715                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
716                       createBranchWeights(Weights));
717
718     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
719     return true;
720   }
721
722   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
723   // which value (or set of values) this is.
724   ConstantInt *TIV = nullptr;
725   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
726   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
727     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
728       if (TIV)
729         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
730       TIV = PredCases[i].Value;
731     }
732   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
733
734   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
735   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
736   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
737   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
738     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
739       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
740       break;
741     }
742
743   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
744   if (!TheRealDest) TheRealDest = ThisDef;
745
746   // Remove PHI node entries for dead edges.
747   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
748   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
749     if (*SI != CheckEdge)
750       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
751     else
752       CheckEdge = nullptr;
753
754   // Insert the new branch.
755   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
756   (void) NI;
757
758   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
759             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
760
761   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
762   return true;
763 }
764
765 namespace {
766   /// This class implements a stable ordering of constant
767   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
768   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
769   struct ConstantIntOrdering {
770     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
771       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
772     }
773   };
774 }
775
776 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
777                                     ConstantInt *const *P2) {
778   const ConstantInt *LHS = *P1;
779   const ConstantInt *RHS = *P2;
780   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
781     return 1;
782   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
783     return 0;
784   return -1;
785 }
786
787 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
788   MDNode *ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
789   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
790     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
791       return MDS->getString().equals("branch_weights");
792
793   return false;
794 }
795
796 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
797 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
798 /// metadata.
799 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
800                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
801   MDNode *MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
802   assert(MD);
803   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
804     ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
805     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
806   }
807
808   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
809   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
810   // default weight to be the first entry.
811   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
812     assert(Weights.size() == 2);
813     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
814     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
815       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
816   }
817 }
818
819 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
820 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
821   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
822   if (Max > UINT_MAX) {
823     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
824     for (uint64_t &I : Weights)
825       I >>= Offset;
826   }
827 }
828
829 /// The specified terminator is a value equality comparison instruction
830 /// (either a switch or a branch on "X == c").
831 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
832 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
833 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
834                                                          IRBuilder<> &Builder) {
835   BasicBlock *BB = TI->getParent();
836   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
837   assert(CV && "Not a comparison?");
838   bool Changed = false;
839
840   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
841   while (!Preds.empty()) {
842     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
843
844     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
845     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
846     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
847
848     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
849       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
850       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
851       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
852
853       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
854       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
855
856       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
857       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
858       // build.
859       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
860
861       // Update the branch weight metadata along the way
862       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
863       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
864       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
865
866       if (PredHasWeights) {
867         GetBranchWeights(PTI, Weights);
868         // branch-weight metadata is inconsistent here.
869         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
870           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
871       } else if (SuccHasWeights)
872         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
873         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
874         // successor's weights
875         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
876
877       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
878       if (SuccHasWeights) {
879         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
880         // branch-weight metadata is inconsistent here.
881         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
882           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
883       } else if (PredHasWeights)
884         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
885
886       if (PredDefault == BB) {
887         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
888         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
889         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
890         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
891           if (PredCases[i].Dest != BB)
892             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
893           else {
894             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
895             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
896
897             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
898               // Increase weight for the default case.
899               Weights[0] += Weights[i+1];
900               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
901               Weights.pop_back();
902             }
903
904             PredCases.pop_back();
905             --i; --e;
906           }
907
908         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
909         if (PredDefault != BBDefault) {
910           PredDefault->removePredecessor(Pred);
911           PredDefault = BBDefault;
912           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
913         }
914
915         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
916         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
917         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
918           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
919               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
920             PredCases.push_back(BBCases[i]);
921             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
922             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
923               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
924               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
925               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
926               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
927               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
928             }
929           }
930
931         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
932           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
933           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
934           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
935             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
936           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
937           Weights[0] *= SuccWeights[0];
938         }
939       } else {
940         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
941         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
942         // activated.
943         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
944         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
945         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
946           if (PredCases[i].Dest == BB) {
947             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
948
949             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
950               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
951               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
952               Weights.pop_back();
953             }
954
955             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
956             PredCases.pop_back();
957             --i; --e;
958           }
959
960         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
961         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
962         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
963           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
964             // If this is one we are capable of getting...
965             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
966               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
967             PredCases.push_back(BBCases[i]);
968             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
969             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
970           }
971
972         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
973         // they must go to the default destination of TI.
974         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
975                                     PTIHandled.begin(),
976                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
977           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
978             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
979           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
980           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
981         }
982       }
983
984       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
985       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
986       // successors.
987       for (BasicBlock *NewSuccessor : NewSuccessors)
988         AddPredecessorToBlock(NewSuccessor, Pred, BB);
989
990       Builder.SetInsertPoint(PTI);
991       // Convert pointer to int before we switch.
992       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
993         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL.getIntPtrType(CV->getType()),
994                                     "magicptr");
995       }
996
997       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
998       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
999                                                PredCases.size());
1000       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
1001       for (ValueEqualityComparisonCase &V : PredCases)
1002         NewSI->addCase(V.Value, V.Dest);
1003
1004       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1005         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1006         FitWeights(Weights);
1007
1008         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1009
1010         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1011                            MDBuilder(BB->getContext()).
1012                            createBranchWeights(MDWeights));
1013       }
1014
1015       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1016
1017       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1018       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1019       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1020       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
1021       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1022         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1023           if (!InfLoopBlock) {
1024             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1025             // or it won't matter if it's hot. :)
1026             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1027                                               "infloop", BB->getParent());
1028             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1029           }
1030           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1031         }
1032
1033       Changed = true;
1034     }
1035   }
1036   return Changed;
1037 }
1038
1039 // If we would need to insert a select that uses the value of this invoke
1040 // (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we would need to do this), we
1041 // can't hoist the invoke, as there is nowhere to put the select in this case.
1042 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1043                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1044   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1045     PHINode *PN;
1046     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1047          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1048       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1049       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1050       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1051         return false;
1052       }
1053     }
1054   }
1055   return true;
1056 }
1057
1058 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
1059
1060 /// Given a conditional branch that goes to BB1 and BB2, hoist any common code
1061 /// in the two blocks up into the branch block. The caller of this function
1062 /// guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1063 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI,
1064                                   const TargetTransformInfo &TTI) {
1065   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1066   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1067   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1068   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1069   // identical order.
1070   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1071   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1072
1073   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1074   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1075
1076   Instruction *I1 = &*BB1_Itr++, *I2 = &*BB2_Itr++;
1077   // Skip debug info if it is not identical.
1078   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1079   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1080   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1081     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1082       I1 = &*BB1_Itr++;
1083     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1084       I2 = &*BB2_Itr++;
1085   }
1086   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1087       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1088     return false;
1089
1090   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1091
1092   bool Changed = false;
1093   do {
1094     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1095     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1096     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1097       goto HoistTerminator;
1098
1099     if (!TTI.isProfitableToHoist(I1) || !TTI.isProfitableToHoist(I2))
1100       return Changed;
1101
1102     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1103     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1104     // the now redundant second instruction.
1105     BIParent->getInstList().splice(BI->getIterator(), BB1->getInstList(), I1);
1106     if (!I2->use_empty())
1107       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1108     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1109     unsigned KnownIDs[] = {
1110         LLVMContext::MD_tbaa,    LLVMContext::MD_range,
1111         LLVMContext::MD_fpmath,  LLVMContext::MD_invariant_load,
1112         LLVMContext::MD_nonnull, LLVMContext::MD_invariant_group,
1113         LLVMContext::MD_align,   LLVMContext::MD_dereferenceable,
1114         LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null};
1115     combineMetadata(I1, I2, KnownIDs);
1116     I2->eraseFromParent();
1117     Changed = true;
1118
1119     I1 = &*BB1_Itr++;
1120     I2 = &*BB2_Itr++;
1121     // Skip debug info if it is not identical.
1122     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1123     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1124     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1125       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1126         I1 = &*BB1_Itr++;
1127       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1128         I2 = &*BB2_Itr++;
1129     }
1130   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1131
1132   return true;
1133
1134 HoistTerminator:
1135   // It may not be possible to hoist an invoke.
1136   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1137     return Changed;
1138
1139   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1140     PHINode *PN;
1141     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1142          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1143       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1144       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1145       if (BB1V == BB2V)
1146         continue;
1147
1148       // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
1149       // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
1150       if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, PN) ||
1151           passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, PN))
1152        return Changed;
1153
1154       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V))
1155         return Changed;
1156       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V))
1157         return Changed;
1158     }
1159   }
1160
1161   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1162   Instruction *NT = I1->clone();
1163   BIParent->getInstList().insert(BI->getIterator(), NT);
1164   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1165     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1166     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1167     NT->takeName(I1);
1168   }
1169
1170   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1171   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1172   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1173   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1174   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1175   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1176   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1177     PHINode *PN;
1178     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1179          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1180       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1181       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1182       if (BB1V == BB2V) continue;
1183
1184       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1185       // that determines the right value.
1186       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1187       if (!SI)
1188         SI = cast<SelectInst>
1189           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1190                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1191
1192       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1193       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1194         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1195           PN->setIncomingValue(i, SI);
1196     }
1197   }
1198
1199   // Update any PHI nodes in our new successors.
1200   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1201     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1202
1203   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1204   return true;
1205 }
1206
1207 /// Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1208 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1209 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1210 /// in the two predecessors to BBEnd.
1211 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1212   assert(BI1->isUnconditional());
1213   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1214   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1215
1216   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1217   // an unconditional branch.
1218   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1219   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1220   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1221     return false;
1222   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1223   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1224     return false;
1225   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1226   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1227   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1228     return false;
1229
1230   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1231   SmallDenseMap<std::pair<Value *, Value *>, PHINode *> JointValueMap;
1232   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
1233   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end(); I != E; ++I) {
1234     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1235       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1236       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1237       JointValueMap[std::make_pair(BB1V, BB2V)] = PN;
1238     } else {
1239       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1240       break;
1241     }
1242   }
1243   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1244     return false;
1245
1246   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1247   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1248   // instructions in an identical order.
1249   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1250                                              RE1 = BB1->getInstList().rend(),
1251                                              RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1252                                              RE2 = BB2->getInstList().rend();
1253   // Skip debug info.
1254   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1255   if (RI1 == RE1)
1256     return false;
1257   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1258   if (RI2 == RE2)
1259     return false;
1260   // Skip the unconditional branches.
1261   ++RI1;
1262   ++RI2;
1263
1264   bool Changed = false;
1265   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1266     // Skip debug info.
1267     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1268     if (RI1 == RE1)
1269       return Changed;
1270     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1271     if (RI2 == RE2)
1272       return Changed;
1273
1274     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1275     auto InstPair = std::make_pair(I1, I2);
1276     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1277     // perform the same operation.
1278     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1279     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1280         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1281         I1->isEHPad() || I2->isEHPad() ||
1282         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1283         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1284         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1285         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1286         !JointValueMap.count(InstPair))
1287       return Changed;
1288
1289     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1290     // TODO: Add support of communativity.
1291     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1292     bool SwapOpnds = false;
1293     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1294         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1295         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1296         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1297          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1298       ICmp2->swapOperands();
1299       SwapOpnds = true;
1300     }
1301     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1302       if (SwapOpnds)
1303         ICmp2->swapOperands();
1304       return Changed;
1305     }
1306
1307     // The operands should be either the same or they need to be generated
1308     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1309     // a single pair of different operands.
1310     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
1311     unsigned Op1Idx = ~0U;
1312     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1313       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1314         continue;
1315       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or if
1316       // we need a PHI node to replace a constant.
1317       if (Op1Idx != ~0U ||
1318           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1319           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1320         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1321         if (SwapOpnds)
1322           ICmp2->swapOperands();
1323         return Changed;
1324       }
1325       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1326       Op1Idx = I;
1327       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1328     }
1329
1330     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n");
1331     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n");
1332
1333     // We insert the pair of different operands to JointValueMap and
1334     // remove (I1, I2) from JointValueMap.
1335     if (Op1Idx != ~0U) {
1336       auto &NewPN = JointValueMap[std::make_pair(DifferentOp1, DifferentOp2)];
1337       if (!NewPN) {
1338         NewPN =
1339             PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1340                             DifferentOp1->getName() + ".sink", &BBEnd->front());
1341         NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1342         NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1343         DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1344       }
1345       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1346       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1347     }
1348     PHINode *OldPN = JointValueMap[InstPair];
1349     JointValueMap.erase(InstPair);
1350
1351     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1352     // instruction in the basic block down.
1353     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1354     // Sink the instruction.
1355     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd->getIterator(),
1356                                 BB1->getInstList(), I1);
1357     if (!OldPN->use_empty())
1358       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1359     OldPN->eraseFromParent();
1360
1361     if (!I2->use_empty())
1362       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1363     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1364     // TODO: Use combineMetadata here to preserve what metadata we can
1365     // (analogous to the hoisting case above).
1366     I2->eraseFromParent();
1367
1368     if (UpdateRE1)
1369       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1370     if (UpdateRE2)
1371       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1372     FirstNonPhiInBBEnd = &*I1;
1373     NumSinkCommons++;
1374     Changed = true;
1375   }
1376   return Changed;
1377 }
1378
1379 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1380 /// conditional block.
1381 ///
1382 /// We are looking for code like the following:
1383 ///   BrBB:
1384 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1385 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1386 ///     ... // function).
1387 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1388 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1389 ///   ThenBB:
1390 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1391 ///     br label EndBB
1392 ///   EndBB:
1393 ///     ...
1394 ///   We are going to transform this into:
1395 ///   BrBB:
1396 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1397 ///     ... //
1398 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1399 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1400 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1401 ///     ...
1402 ///
1403 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1404 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1405 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1406                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1407   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1408   if (!StoreToHoist)
1409     return nullptr;
1410
1411   // Volatile or atomic.
1412   if (!StoreToHoist->isSimple())
1413     return nullptr;
1414
1415   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1416
1417   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1418   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1419   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1420        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1421     Instruction *CurI = &*RI;
1422
1423     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1424     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1425       return nullptr;
1426
1427     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1428     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1429     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1430       // Found the previous store, return its value operand.
1431       return SI->getValueOperand();
1432     else if (SI)
1433       return nullptr; // Unknown store.
1434   }
1435
1436   return nullptr;
1437 }
1438
1439 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1440 ///
1441 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1442 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1443 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1444 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1445 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1446 ///
1447 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1448 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1449 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1450 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1451 ///
1452 ///
1453 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1454 /// \code
1455 ///   BB:
1456 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1457 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1458 ///   ThenBB:
1459 ///     %sub = sub %x, %y
1460 ///     br label BB2
1461 ///   EndBB:
1462 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1463 ///     ...
1464 /// \endcode
1465 ///
1466 /// Into this IR:
1467 /// \code
1468 ///   BB:
1469 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1470 ///     %sub = sub %x, %y
1471 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1472 ///     ...
1473 /// \endcode
1474 ///
1475 /// \returns true if the conditional block is removed.
1476 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1477                                    const TargetTransformInfo &TTI) {
1478   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1479   Value *BrCond = BI->getCondition();
1480   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1481     return false;
1482
1483   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1484   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1485
1486   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1487   // to swap the select operands later.
1488   bool Invert = false;
1489   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1490     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1491     Invert = true;
1492   }
1493   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1494
1495   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1496   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1497   // - They are defined in BB, and
1498   // - They have no side effects, and
1499   // - All of their uses are in CondBB.
1500   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1501
1502   unsigned SpeculationCost = 0;
1503   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1504   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1505   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1506                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1507        BBI != BBE; ++BBI) {
1508     Instruction *I = &*BBI;
1509     // Skip debug info.
1510     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1511       continue;
1512
1513     // Only speculatively execute a single instruction (not counting the
1514     // terminator) for now.
1515     ++SpeculationCost;
1516     if (SpeculationCost > 1)
1517       return false;
1518
1519     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1520     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1521         !(HoistCondStores && (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(
1522                                   I, BB, ThenBB, EndBB))))
1523       return false;
1524     if (!SpeculatedStoreValue &&
1525         ComputeSpeculationCost(I, TTI) >
1526             PHINodeFoldingThreshold * TargetTransformInfo::TCC_Basic)
1527       return false;
1528
1529     // Store the store speculation candidate.
1530     if (SpeculatedStoreValue)
1531       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1532
1533     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1534     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1535     // being sunk into the use block.
1536     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1537          i != e; ++i) {
1538       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1539       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1540           OpI->mayHaveSideEffects())
1541         continue; // Not a candidate for sinking.
1542
1543       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1544     }
1545   }
1546
1547   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1548   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1549   // and so iteration order isn't significant.
1550   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1551            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1552        I != E; ++I)
1553     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1554       ++SpeculationCost;
1555       if (SpeculationCost > 1)
1556         return false;
1557     }
1558
1559   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1560   bool HaveRewritablePHIs = false;
1561   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1562        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1563     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1564     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1565
1566     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1567     // Skip PHIs which are trivial.
1568     if (ThenV == OrigV)
1569       continue;
1570
1571     // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
1572     if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, PN) ||
1573         passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, PN))
1574       return false;
1575
1576     HaveRewritablePHIs = true;
1577     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1578     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1579     if (!OrigCE && !ThenCE)
1580       continue; // Known safe and cheap.
1581
1582     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE)) ||
1583         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE)))
1584       return false;
1585     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, TTI) : 0;
1586     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, TTI) : 0;
1587     unsigned MaxCost = 2 * PHINodeFoldingThreshold *
1588       TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1589     if (OrigCost + ThenCost > MaxCost)
1590       return false;
1591
1592     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1593     // getting expanded into Instructions.
1594     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1595     // constant expression.
1596     ++SpeculationCost;
1597     if (SpeculationCost > 1)
1598       return false;
1599   }
1600
1601   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1602   // as well.
1603   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1604     return false;
1605
1606   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1607   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1608
1609   // Insert a select of the value of the speculated store.
1610   if (SpeculatedStoreValue) {
1611     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1612     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1613     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1614     if (Invert)
1615       std::swap(TrueV, FalseV);
1616     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1617                                     "." + FalseV->getName());
1618     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1619   }
1620
1621   // Hoist the instructions.
1622   BB->getInstList().splice(BI->getIterator(), ThenBB->getInstList(),
1623                            ThenBB->begin(), std::prev(ThenBB->end()));
1624
1625   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1626   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1627   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1628        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1629     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1630     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1631     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1632     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1633
1634     // Skip PHIs which are trivial.
1635     if (OrigV == ThenV)
1636       continue;
1637
1638     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1639     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1640     // destinations were inverted.
1641     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1642     if (Invert)
1643       std::swap(TrueV, FalseV);
1644     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1645                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1646     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1647     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1648   }
1649
1650   ++NumSpeculations;
1651   return true;
1652 }
1653
1654 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1655 /// attribute.
1656 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1657   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1658     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1659     if (!CI)
1660       continue;
1661     if (CI->cannotDuplicate())
1662       return true;
1663   }
1664   return false;
1665 }
1666
1667 /// Return true if we can thread a branch across this block.
1668 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1669   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1670   unsigned Size = 0;
1671
1672   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1673     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1674       continue;
1675     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1676     ++Size;
1677
1678     // We can only support instructions that do not define values that are
1679     // live outside of the current basic block.
1680     for (User *U : BBI->users()) {
1681       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1682       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1683     }
1684
1685     // Looks ok, continue checking.
1686   }
1687
1688   return true;
1689 }
1690
1691 /// If we have a conditional branch on a PHI node value that is defined in the
1692 /// same block as the branch and if any PHI entries are constants, thread edges
1693 /// corresponding to that entry to be branches to their ultimate destination.
1694 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout &DL) {
1695   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1696   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1697   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1698   // outside of the block.
1699   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1700     return false;
1701
1702   // Degenerate case of a single entry PHI.
1703   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1704     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1705     return true;
1706   }
1707
1708   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1709   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1710
1711   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1712
1713   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1714   // constants.
1715   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1716     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1717     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1718
1719     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1720     // branch to RealDest.
1721     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1722     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1723
1724     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1725     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1726     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1727
1728     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1729     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1730     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1731     // the edge we are about to create.
1732     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1733                                             RealDest->getName()+".critedge",
1734                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1735     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1736
1737     // Update PHI nodes.
1738     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1739
1740     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1741     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1742     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1743     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1744     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1745     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1746       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1747         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1748         continue;
1749       }
1750       // Clone the instruction.
1751       Instruction *N = BBI->clone();
1752       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1753
1754       // Update operands due to translation.
1755       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1756            i != e; ++i) {
1757         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1758         if (PI != TranslateMap.end())
1759           *i = PI->second;
1760       }
1761
1762       // Check for trivial simplification.
1763       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1764         TranslateMap[&*BBI] = V;
1765         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1766       } else {
1767         // Insert the new instruction into its new home.
1768         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1769         if (!BBI->use_empty())
1770           TranslateMap[&*BBI] = N;
1771       }
1772     }
1773
1774     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1775     // to EdgeBB instead.
1776     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1777     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1778       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1779         BB->removePredecessor(PredBB);
1780         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1781       }
1782
1783     // Recurse, simplifying any other constants.
1784     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1785   }
1786
1787   return false;
1788 }
1789
1790 /// Given a BB that starts with the specified two-entry PHI node,
1791 /// see if we can eliminate it.
1792 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const TargetTransformInfo &TTI,
1793                                 const DataLayout &DL) {
1794   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1795   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1796   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1797   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1798   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1799   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1800   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1801   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1802   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1803   if (!IfCond ||
1804       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1805       isa<ConstantInt>(IfCond))
1806     return false;
1807
1808   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1809   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1810   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1811   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1812   // fewer PHI nodes in this block.
1813   unsigned NumPhis = 0;
1814   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1815     if (NumPhis > 2)
1816       return false;
1817
1818   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1819   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1820   // that need to be moved to the dominating block.
1821   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1822   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1823            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1824   MaxCostVal0 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1825   MaxCostVal1 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1826
1827   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1828     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1829     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1830       PN->replaceAllUsesWith(V);
1831       PN->eraseFromParent();
1832       continue;
1833     }
1834
1835     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1836                              MaxCostVal0, TTI) ||
1837         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1838                              MaxCostVal1, TTI))
1839       return false;
1840   }
1841
1842   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1843   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1844   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1845   if (!PN) return true;
1846
1847   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1848   // often be turned into switches and other things.
1849   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1850       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1851        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1852        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1853     return false;
1854
1855   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1856   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1857   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1858   // worth promoting to select instructions.
1859   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
1860   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1861   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1862   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1863     IfBlock1 = nullptr;
1864   } else {
1865     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1866     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1867       if (!AggressiveInsts.count(&*I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1868         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1869         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1870         // flow, so the xform is not worth it.
1871         return false;
1872       }
1873   }
1874
1875   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1876     IfBlock2 = nullptr;
1877   } else {
1878     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1879     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1880       if (!AggressiveInsts.count(&*I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1881         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1882         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1883         // flow, so the xform is not worth it.
1884         return false;
1885       }
1886   }
1887
1888   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1889                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1890
1891   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1892   // do all of the PHI's now.
1893   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1894   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1895
1896   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1897   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1898   if (IfBlock1)
1899     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt->getIterator(),
1900                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1901                                    IfBlock1->getTerminator()->getIterator());
1902   if (IfBlock2)
1903     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt->getIterator(),
1904                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1905                                    IfBlock2->getTerminator()->getIterator());
1906
1907   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1908     // Change the PHI node into a select instruction.
1909     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1910     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1911
1912     SelectInst *NV =
1913       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1914     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1915     NV->takeName(PN);
1916     PN->eraseFromParent();
1917   }
1918
1919   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1920   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1921   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1922   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1923   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1924   Builder.CreateBr(BB);
1925   OldTI->eraseFromParent();
1926   return true;
1927 }
1928
1929 /// If we found a conditional branch that goes to two returning blocks,
1930 /// try to merge them together into one return,
1931 /// introducing a select if the return values disagree.
1932 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1933                                            IRBuilder<> &Builder) {
1934   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1935   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1936   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1937   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1938   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1939
1940   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1941   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1942   // computation on one path or the other.
1943   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1944     return false;
1945   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1946     return false;
1947
1948   Builder.SetInsertPoint(BI);
1949   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1950   // there is no return value for this function, just change the
1951   // branch into a return.
1952   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1953     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1954     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1955     Builder.CreateRetVoid();
1956     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1957     return true;
1958   }
1959
1960   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1961   // so we can insert a new select instruction.
1962   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1963   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1964
1965   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1966   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1967     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1968       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1969   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1970     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1971       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1972
1973   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1974   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1975   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1976   // constant expression that prevents this transformation from being
1977   // safe.
1978   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1979     if (TCV->canTrap())
1980       return false;
1981   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1982     if (FCV->canTrap())
1983       return false;
1984
1985   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1986   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1987   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1988   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1989
1990   // Insert select instructions where needed.
1991   Value *BrCond = BI->getCondition();
1992   if (TrueValue) {
1993     // Insert a select if the results differ.
1994     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1995     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1996       TrueValue = FalseValue;
1997     } else {
1998       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1999                                        FalseValue, "retval");
2000     }
2001   }
2002
2003   Value *RI = !TrueValue ?
2004     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
2005
2006   (void) RI;
2007
2008   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
2009                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
2010                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
2011
2012   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2013
2014   return true;
2015 }
2016
2017 /// Given a conditional BranchInstruction, retrieve the probabilities of the
2018 /// branch taking each edge. Fills in the two APInt parameters and returns true,
2019 /// or returns false if no or invalid metadata was found.
2020 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
2021                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
2022   assert(BI->isConditional() &&
2023          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
2024   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
2025   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
2026   ConstantInt *CITrue =
2027       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
2028   ConstantInt *CIFalse =
2029       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
2030   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
2031   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
2032   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
2033   return true;
2034 }
2035
2036 /// Return true if the given instruction is available
2037 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
2038 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
2039   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
2040     return false;
2041   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
2042     Instruction *PBI = &*I;
2043     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
2044     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
2045       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
2046       Inst->eraseFromParent();
2047       return true;
2048     }
2049   }
2050   return false;
2051 }
2052
2053 /// If this basic block is simple enough, and if a predecessor branches to us
2054 /// and one of our successors, fold the block into the predecessor and use
2055 /// logical operations to pick the right destination.
2056 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, unsigned BonusInstThreshold) {
2057   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2058
2059   Instruction *Cond = nullptr;
2060   if (BI->isConditional())
2061     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2062   else {
2063     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2064     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2065     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2066     // predecessor.
2067     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2068       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2069         if (PBI->isConditional() &&
2070             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2071              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2072           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2073                I != E; ) {
2074             Instruction *Curr = &*I++;
2075             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2076               Cond = Curr;
2077               break;
2078             }
2079             // Quit if we can't remove this instruction.
2080             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2081               return false;
2082           }
2083         }
2084
2085     if (!Cond)
2086       return false;
2087   }
2088
2089   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2090       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2091   return false;
2092
2093   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2094   BasicBlock::iterator CondIt = ++Cond->getIterator();
2095
2096   // Ignore dbg intrinsics.
2097   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2098
2099   if (&*CondIt != BI)
2100     return false;
2101
2102   // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
2103   // too many instructions and these involved instructions can be executed
2104   // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
2105   // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
2106   // number of the bonus instructions does not exceed a certain threshold.
2107   unsigned NumBonusInsts = 0;
2108   for (auto I = BB->begin(); Cond != I; ++I) {
2109     // Ignore dbg intrinsics.
2110     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2111       continue;
2112     if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&*I))
2113       return false;
2114     // I has only one use and can be executed unconditionally.
2115     Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
2116     if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
2117       return false;
2118     // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
2119     // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
2120     // and Cond.
2121     ++NumBonusInsts;
2122     // Early exits once we reach the limit.
2123     if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
2124       return false;
2125   }
2126
2127   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2128   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2129   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2130     if (CE->canTrap())
2131       return false;
2132   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2133     if (CE->canTrap())
2134       return false;
2135
2136   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2137   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2138   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2139   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2140     return false;
2141
2142   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2143     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2144     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2145
2146     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2147     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2148     // blocks.
2149     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2150     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2151         (BI->isConditional() &&
2152          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2153         (!BI->isConditional() &&
2154          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2155       continue;
2156
2157     // Determine if the two branches share a common destination.
2158     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2159     bool InvertPredCond = false;
2160
2161     if (BI->isConditional()) {
2162       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2163         Opc = Instruction::Or;
2164       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2165         Opc = Instruction::And;
2166       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2167         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2168       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2169         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2170       else
2171         continue;
2172     } else {
2173       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2174         continue;
2175     }
2176
2177     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2178     IRBuilder<> Builder(PBI);
2179
2180     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2181     if (InvertPredCond) {
2182       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2183
2184       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2185         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2186         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2187       } else {
2188         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2189                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2190       }
2191
2192       PBI->setCondition(NewCond);
2193       PBI->swapSuccessors();
2194     }
2195
2196     // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
2197     // Note that there may be multiple predecessor blocks, so we cannot move
2198     // bonus instructions to a predecessor block.
2199     ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
2200     // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
2201     // all instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
2202     // instructions.
2203     for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != BonusInst; ++BonusInst) {
2204       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
2205         continue;
2206       Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
2207       RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
2208                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2209       VMap[&*BonusInst] = NewBonusInst;
2210
2211       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2212       // its potential value. The previous information might have been valid
2213       // only given the branch precondition.
2214       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2215       // semantics we don't understand.
2216       NewBonusInst->dropUnknownNonDebugMetadata();
2217
2218       PredBlock->getInstList().insert(PBI->getIterator(), NewBonusInst);
2219       NewBonusInst->takeName(&*BonusInst);
2220       BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
2221     }
2222
2223     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2224     // two conditions together.
2225     Instruction *New = Cond->clone();
2226     RemapInstruction(New, VMap,
2227                      RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2228     PredBlock->getInstList().insert(PBI->getIterator(), New);
2229     New->takeName(Cond);
2230     Cond->setName(New->getName() + ".old");
2231
2232     if (BI->isConditional()) {
2233       Instruction *NewCond =
2234         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2235                                             New, "or.cond"));
2236       PBI->setCondition(NewCond);
2237
2238       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2239       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2240                                                   PredFalseWeight);
2241       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2242                                                   SuccFalseWeight);
2243       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2244
2245       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2246         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2247           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2248           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2249           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2250           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2251           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2252           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2253           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2254           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2255           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2256                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2257         }
2258         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2259         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2260       }
2261       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2262         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2263           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2264           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2265           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2266           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2267           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2268               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2269           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2270           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2271         }
2272         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2273         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2274       }
2275       if (NewWeights.size() == 2) {
2276         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2277         FitWeights(NewWeights);
2278
2279         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2280         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2281                          MDBuilder(BI->getContext()).
2282                          createBranchWeights(MDWeights));
2283       } else
2284         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2285     } else {
2286       // Update PHI nodes in the common successors.
2287       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2288         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2289           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2290         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2291         Instruction *MergedCond = nullptr;
2292         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2293           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2294           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2295           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2296           Instruction *NotCond =
2297             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2298                                 "not.cond"));
2299           MergedCond =
2300             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2301                                 NotCond, New,
2302                                 "and.cond"));
2303           if (PBI_C->isOne())
2304             MergedCond =
2305               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2306                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2307                                   "or.cond"));
2308         } else {
2309           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2310           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2311           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2312           MergedCond =
2313             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2314                                 PBI->getCondition(), New,
2315                                 "and.cond"));
2316           if (PBI_C->isOne()) {
2317             Instruction *NotCond =
2318               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2319                                   "not.cond"));
2320             MergedCond =
2321               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2322                                   NotCond, MergedCond,
2323                                   "or.cond"));
2324           }
2325         }
2326         // Update PHI Node.
2327         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2328                                   MergedCond);
2329       }
2330       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2331       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2332       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2333       PBI = New_PBI;
2334     }
2335
2336     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2337     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2338
2339     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2340     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2341       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2342         I->clone()->insertBefore(PBI);
2343
2344     return true;
2345   }
2346   return false;
2347 }
2348
2349 // If there is only one store in BB1 and BB2, return it, otherwise return
2350 // nullptr.
2351 static StoreInst *findUniqueStoreInBlocks(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2) {
2352   StoreInst *S = nullptr;
2353   for (auto *BB : {BB1, BB2}) {
2354     if (!BB)
2355       continue;
2356     for (auto &I : *BB)
2357       if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
2358         if (S)
2359           // Multiple stores seen.
2360           return nullptr;
2361         else
2362           S = SI;
2363       }
2364   }
2365   return S;
2366 }
2367
2368 static Value *ensureValueAvailableInSuccessor(Value *V, BasicBlock *BB,
2369                                               Value *AlternativeV = nullptr) {
2370   // PHI is going to be a PHI node that allows the value V that is defined in
2371   // BB to be referenced in BB's only successor.
2372   //
2373   // If AlternativeV is nullptr, the only value we care about in PHI is V. It
2374   // doesn't matter to us what the other operand is (it'll never get used). We
2375   // could just create a new PHI with an undef incoming value, but that could
2376   // increase register pressure if EarlyCSE/InstCombine can't fold it with some
2377   // other PHI. So here we directly look for some PHI in BB's successor with V
2378   // as an incoming operand. If we find one, we use it, else we create a new
2379   // one.
2380   //
2381   // If AlternativeV is not nullptr, we care about both incoming values in PHI.
2382   // PHI must be exactly: phi <ty> [ %BB, %V ], [ %OtherBB, %AlternativeV]
2383   // where OtherBB is the single other predecessor of BB's only successor.
2384   PHINode *PHI = nullptr;
2385   BasicBlock *Succ = BB->getSingleSuccessor();
2386   
2387   for (auto I = Succ->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2388     if (cast<PHINode>(I)->getIncomingValueForBlock(BB) == V) {
2389       PHI = cast<PHINode>(I);
2390       if (!AlternativeV)
2391         break;
2392
2393       assert(std::distance(pred_begin(Succ), pred_end(Succ)) == 2);
2394       auto PredI = pred_begin(Succ);
2395       BasicBlock *OtherPredBB = *PredI == BB ? *++PredI : *PredI;
2396       if (PHI->getIncomingValueForBlock(OtherPredBB) == AlternativeV)
2397         break;
2398       PHI = nullptr;
2399     }
2400   if (PHI)
2401     return PHI;
2402
2403   PHI = PHINode::Create(V->getType(), 2, "simplifycfg.merge", Succ->begin());
2404   PHI->addIncoming(V, BB);
2405   for (BasicBlock *PredBB : predecessors(Succ))
2406     if (PredBB != BB)
2407       PHI->addIncoming(AlternativeV ? AlternativeV : UndefValue::get(V->getType()),
2408                        PredBB);
2409   return PHI;
2410 }
2411
2412 static bool mergeConditionalStoreToAddress(BasicBlock *PTB, BasicBlock *PFB,
2413                                            BasicBlock *QTB, BasicBlock *QFB,
2414                                            BasicBlock *PostBB, Value *Address,
2415                                            bool InvertPCond, bool InvertQCond) {
2416   auto IsaBitcastOfPointerType = [](const Instruction &I) {
2417     return Operator::getOpcode(&I) == Instruction::BitCast &&
2418            I.getType()->isPointerTy();
2419   };
2420
2421   // If we're not in aggressive mode, we only optimize if we have some
2422   // confidence that by optimizing we'll allow P and/or Q to be if-converted.
2423   auto IsWorthwhile = [&](BasicBlock *BB) {
2424     if (!BB)
2425       return true;
2426     // Heuristic: if the block can be if-converted/phi-folded and the
2427     // instructions inside are all cheap (arithmetic/GEPs), it's worthwhile to
2428     // thread this store.
2429     if (BB->size() > PHINodeFoldingThreshold)
2430       return false;
2431     for (auto &I : *BB)
2432       if (!isa<BinaryOperator>(I) && !isa<GetElementPtrInst>(I) &&
2433           !isa<StoreInst>(I) && !isa<TerminatorInst>(I) &&
2434           !isa<DbgInfoIntrinsic>(I) && !IsaBitcastOfPointerType(I))
2435         return false;
2436     return true;
2437   };
2438
2439   if (!MergeCondStoresAggressively && (!IsWorthwhile(PTB) ||
2440                                        !IsWorthwhile(PFB) ||
2441                                        !IsWorthwhile(QTB) ||
2442                                        !IsWorthwhile(QFB)))
2443     return false;
2444
2445   // For every pointer, there must be exactly two stores, one coming from
2446   // PTB or PFB, and the other from QTB or QFB. We don't support more than one
2447   // store (to any address) in PTB,PFB or QTB,QFB.
2448   // FIXME: We could relax this restriction with a bit more work and performance
2449   // testing.
2450   StoreInst *PStore = findUniqueStoreInBlocks(PTB, PFB);
2451   StoreInst *QStore = findUniqueStoreInBlocks(QTB, QFB);
2452   if (!PStore || !QStore)
2453     return false;
2454
2455   // Now check the stores are compatible.
2456   if (!QStore->isUnordered() || !PStore->isUnordered())
2457     return false;
2458
2459   // Check that sinking the store won't cause program behavior changes. Sinking
2460   // the store out of the Q blocks won't change any behavior as we're sinking
2461   // from a block to its unconditional successor. But we're moving a store from
2462   // the P blocks down through the middle block (QBI) and past both QFB and QTB.
2463   // So we need to check that there are no aliasing loads or stores in
2464   // QBI, QTB and QFB. We also need to check there are no conflicting memory
2465   // operations between PStore and the end of its parent block.
2466   //
2467   // The ideal way to do this is to query AliasAnalysis, but we don't
2468   // preserve AA currently so that is dangerous. Be super safe and just
2469   // check there are no other memory operations at all.
2470   for (auto &I : *QFB->getSinglePredecessor())
2471     if (I.mayReadOrWriteMemory())
2472       return false;
2473   for (auto &I : *QFB)
2474     if (&I != QStore && I.mayReadOrWriteMemory())
2475       return false;
2476   if (QTB)
2477     for (auto &I : *QTB)
2478       if (&I != QStore && I.mayReadOrWriteMemory())
2479         return false;
2480   for (auto I = BasicBlock::iterator(PStore), E = PStore->getParent()->end();
2481        I != E; ++I)
2482     if (&*I != PStore && I->mayReadOrWriteMemory())
2483       return false;
2484
2485   // OK, we're going to sink the stores to PostBB. The store has to be
2486   // conditional though, so first create the predicate.
2487   Value *PCond = cast<BranchInst>(PFB->getSinglePredecessor()->getTerminator())
2488                      ->getCondition();
2489   Value *QCond = cast<BranchInst>(QFB->getSinglePredecessor()->getTerminator())
2490                      ->getCondition();
2491
2492   Value *PPHI = ensureValueAvailableInSuccessor(PStore->getValueOperand(),
2493                                                 PStore->getParent());
2494   Value *QPHI = ensureValueAvailableInSuccessor(QStore->getValueOperand(),
2495                                                 QStore->getParent(), PPHI);
2496
2497   IRBuilder<> QB(PostBB->getFirstInsertionPt());
2498   
2499   Value *PPred = PStore->getParent() == PTB ? PCond : QB.CreateNot(PCond);
2500   Value *QPred = QStore->getParent() == QTB ? QCond : QB.CreateNot(QCond);
2501
2502   if (InvertPCond)
2503     PPred = QB.CreateNot(PPred);
2504   if (InvertQCond)
2505     QPred = QB.CreateNot(QPred);
2506   Value *CombinedPred = QB.CreateOr(PPred, QPred);
2507
2508   auto *T = SplitBlockAndInsertIfThen(CombinedPred, QB.GetInsertPoint(), false);
2509   QB.SetInsertPoint(T);
2510   StoreInst *SI = cast<StoreInst>(QB.CreateStore(QPHI, Address));
2511   AAMDNodes AAMD;
2512   PStore->getAAMetadata(AAMD, /*Merge=*/false);
2513   PStore->getAAMetadata(AAMD, /*Merge=*/true);
2514   SI->setAAMetadata(AAMD);
2515
2516   QStore->eraseFromParent();
2517   PStore->eraseFromParent();
2518   
2519   return true;
2520 }
2521
2522 static bool mergeConditionalStores(BranchInst *PBI, BranchInst *QBI) {
2523   // The intention here is to find diamonds or triangles (see below) where each
2524   // conditional block contains a store to the same address. Both of these
2525   // stores are conditional, so they can't be unconditionally sunk. But it may
2526   // be profitable to speculatively sink the stores into one merged store at the
2527   // end, and predicate the merged store on the union of the two conditions of
2528   // PBI and QBI.
2529   //
2530   // This can reduce the number of stores executed if both of the conditions are
2531   // true, and can allow the blocks to become small enough to be if-converted.
2532   // This optimization will also chain, so that ladders of test-and-set
2533   // sequences can be if-converted away.
2534   //
2535   // We only deal with simple diamonds or triangles:
2536   //
2537   //     PBI       or      PBI        or a combination of the two
2538   //    /   \               | \
2539   //   PTB  PFB             |  PFB
2540   //    \   /               | /
2541   //     QBI                QBI
2542   //    /  \                | \
2543   //   QTB  QFB             |  QFB
2544   //    \  /                | /
2545   //    PostBB            PostBB
2546   //
2547   // We model triangles as a type of diamond with a nullptr "true" block.
2548   // Triangles are canonicalized so that the fallthrough edge is represented by
2549   // a true condition, as in the diagram above.
2550   //  
2551   BasicBlock *PTB = PBI->getSuccessor(0);
2552   BasicBlock *PFB = PBI->getSuccessor(1);
2553   BasicBlock *QTB = QBI->getSuccessor(0);
2554   BasicBlock *QFB = QBI->getSuccessor(1);
2555   BasicBlock *PostBB = QFB->getSingleSuccessor();
2556
2557   bool InvertPCond = false, InvertQCond = false;
2558   // Canonicalize fallthroughs to the true branches.
2559   if (PFB == QBI->getParent()) {
2560     std::swap(PFB, PTB);
2561     InvertPCond = true;
2562   }
2563   if (QFB == PostBB) {
2564     std::swap(QFB, QTB);
2565     InvertQCond = true;
2566   }
2567
2568   // From this point on we can assume PTB or QTB may be fallthroughs but PFB
2569   // and QFB may not. Model fallthroughs as a nullptr block.
2570   if (PTB == QBI->getParent())
2571     PTB = nullptr;
2572   if (QTB == PostBB)
2573     QTB = nullptr;
2574
2575   // Legality bailouts. We must have at least the non-fallthrough blocks and
2576   // the post-dominating block, and the non-fallthroughs must only have one
2577   // predecessor.
2578   auto HasOnePredAndOneSucc = [](BasicBlock *BB, BasicBlock *P, BasicBlock *S) {
2579     return BB->getSinglePredecessor() == P &&
2580            BB->getSingleSuccessor() == S;
2581   };
2582   if (!PostBB ||
2583       !HasOnePredAndOneSucc(PFB, PBI->getParent(), QBI->getParent()) ||
2584       !HasOnePredAndOneSucc(QFB, QBI->getParent(), PostBB))
2585     return false;
2586   if ((PTB && !HasOnePredAndOneSucc(PTB, PBI->getParent(), QBI->getParent())) ||
2587       (QTB && !HasOnePredAndOneSucc(QTB, QBI->getParent(), PostBB)))
2588     return false;
2589   if (PostBB->getNumUses() != 2 || QBI->getParent()->getNumUses() != 2)
2590     return false;
2591
2592   // OK, this is a sequence of two diamonds or triangles.
2593   // Check if there are stores in PTB or PFB that are repeated in QTB or QFB.
2594   SmallPtrSet<Value *,4> PStoreAddresses, QStoreAddresses;
2595   for (auto *BB : {PTB, PFB}) {
2596     if (!BB)
2597       continue;
2598     for (auto &I : *BB)
2599       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I))
2600         PStoreAddresses.insert(SI->getPointerOperand());
2601   }
2602   for (auto *BB : {QTB, QFB}) {
2603     if (!BB)
2604       continue;
2605     for (auto &I : *BB)
2606       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I))
2607         QStoreAddresses.insert(SI->getPointerOperand());
2608   }
2609   
2610   set_intersect(PStoreAddresses, QStoreAddresses);
2611   // set_intersect mutates PStoreAddresses in place. Rename it here to make it
2612   // clear what it contains.
2613   auto &CommonAddresses = PStoreAddresses;
2614
2615   bool Changed = false;
2616   for (auto *Address : CommonAddresses)
2617     Changed |= mergeConditionalStoreToAddress(
2618         PTB, PFB, QTB, QFB, PostBB, Address, InvertPCond, InvertQCond);
2619   return Changed;
2620 }
2621
2622 /// If we have a conditional branch as a predecessor of another block,
2623 /// this function tries to simplify it.  We know
2624 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2625 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2626 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI,
2627                                            const DataLayout &DL) {
2628   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2629   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2630
2631   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2632   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2633   // this conditional branch redundant.
2634   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2635       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2636     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2637     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2638     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2639       // Turn this into a branch on constant.
2640       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2641       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2642                                         CondIsTrue));
2643       return true;  // Nuke the branch on constant.
2644     }
2645
2646     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2647     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2648     // simplifycfg will thread the block.
2649     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2650       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2651       PHINode *NewPN = PHINode::Create(
2652           Type::getInt1Ty(BB->getContext()), std::distance(PB, PE),
2653           BI->getCondition()->getName() + ".pr", &BB->front());
2654       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2655       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2656       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2657       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2658         BasicBlock *P = *PI;
2659         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2660             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2661             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2662             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2663           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2664           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2665                                               CondIsTrue), P);
2666         } else {
2667           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2668         }
2669       }
2670
2671       BI->setCondition(NewPN);
2672       return true;
2673     }
2674   }
2675
2676   if (auto *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2677     if (CE->canTrap())
2678       return false;
2679
2680   // If BI is reached from the true path of PBI and PBI's condition implies
2681   // BI's condition, we know the direction of the BI branch.
2682   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getParent() &&
2683       isImpliedCondition(PBI->getCondition(), BI->getCondition()) &&
2684       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1) &&
2685       BB->getSinglePredecessor()) {
2686     // Turn this into a branch on constant.
2687     auto *OldCond = BI->getCondition();
2688     BI->setCondition(ConstantInt::getTrue(BB->getContext()));
2689     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
2690     return true;  // Nuke the branch on constant.
2691   }
2692
2693   // If both branches are conditional and both contain stores to the same
2694   // address, remove the stores from the conditionals and create a conditional
2695   // merged store at the end.
2696   if (MergeCondStores && mergeConditionalStores(PBI, BI))
2697     return true;
2698
2699   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2700   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
2701   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2702   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2703   // Ignore dbg intrinsics.
2704   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2705     ++BBI;
2706   if (&*BBI != BI)
2707     return false;
2708
2709   int PBIOp, BIOp;
2710   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2711     PBIOp = BIOp = 0;
2712   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2713     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2714   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2715     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2716   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2717     PBIOp = BIOp = 1;
2718   else
2719     return false;
2720
2721   // Check to make sure that the other destination of this branch
2722   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2723   // keep getting unwound.
2724   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2725     return false;
2726
2727   // Do not perform this transformation if it would require
2728   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2729   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2730
2731   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
2732   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
2733   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
2734
2735   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2736   unsigned NumPhis = 0;
2737   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2738        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis) {
2739     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2740       return false;
2741
2742     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
2743     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2744     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
2745       if (CE->canTrap())
2746         return false;
2747
2748     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2749     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2750     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
2751       if (CE->canTrap())
2752         return false;
2753   }
2754
2755   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2756   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2757
2758   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2759                << "AND: " << *BI->getParent());
2760
2761
2762   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2763   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2764   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2765   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2766   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2767   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2768   // infinite loop with no cond branch.
2769   if (OtherDest == BB) {
2770     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2771     // or it won't matter if it's hot. :)
2772     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2773                                                   "infloop", BB->getParent());
2774     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2775     OtherDest = InfLoopBlock;
2776   }
2777
2778   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2779
2780   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2781   // it alone, but modify PBI.
2782
2783   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2784   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2785   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2786   if (PBIOp)
2787     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2788
2789   Value *BICond = BI->getCondition();
2790   if (BIOp)
2791     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2792
2793   // Merge the conditions.
2794   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2795
2796   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2797   PBI->setCondition(Cond);
2798   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2799   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2800
2801   // Update branch weight for PBI.
2802   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2803   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2804                                               PredFalseWeight);
2805   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2806                                               SuccFalseWeight);
2807   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2808     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2809     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2810     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2811     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2812     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2813     //                                    PredOther * SuccCommon.
2814     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2815     uint64_t NewWeights[2] = {PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2816                                   PredOther * SuccCommon,
2817                               PredOther * SuccOther};
2818     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2819     FitWeights(NewWeights);
2820
2821     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2822                      MDBuilder(BI->getContext())
2823                          .createBranchWeights(NewWeights[0], NewWeights[1]));
2824   }
2825
2826   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2827   // block that are identical to the entries for BI's block.
2828   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2829
2830   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2831   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2832   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2833   // them agree.
2834   PHINode *PN;
2835   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2836        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2837     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2838     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2839     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2840     if (BIV != PBIV) {
2841       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2842       Value *NV = cast<SelectInst>
2843         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2844       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2845     }
2846   }
2847
2848   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2849   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2850
2851   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2852   // one fewer predecessor.
2853   return true;
2854 }
2855
2856 // Simplifies a terminator by replacing it with a branch to TrueBB if Cond is
2857 // true or to FalseBB if Cond is false.
2858 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2859 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2860 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2861 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2862                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2863                                        uint32_t TrueWeight,
2864                                        uint32_t FalseWeight){
2865   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2866   // First, figure out which successors to preserve.
2867   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2868   // successor.
2869   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2870   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
2871
2872   // Then remove the rest.
2873   for (BasicBlock *Succ : OldTerm->successors()) {
2874     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2875     if (Succ == KeepEdge1)
2876       KeepEdge1 = nullptr;
2877     else if (Succ == KeepEdge2)
2878       KeepEdge2 = nullptr;
2879     else
2880       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent(),
2881                               /*DontDeleteUselessPHIs=*/true);
2882   }
2883
2884   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2885   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2886
2887   // Insert an appropriate new terminator.
2888   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
2889     if (TrueBB == FalseBB)
2890       // We were only looking for one successor, and it was present.
2891       // Create an unconditional branch to it.
2892       Builder.CreateBr(TrueBB);
2893     else {
2894       // We found both of the successors we were looking for.
2895       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2896       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2897       if (TrueWeight != FalseWeight)
2898         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2899                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2900                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2901     }
2902   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2903     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2904     // terminator must be unreachable.
2905     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2906   } else {
2907     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2908     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2909     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2910     if (!KeepEdge1)
2911       // Only TrueBB was found.
2912       Builder.CreateBr(TrueBB);
2913     else
2914       // Only FalseBB was found.
2915       Builder.CreateBr(FalseBB);
2916   }
2917
2918   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2919   return true;
2920 }
2921
2922 // Replaces
2923 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2924 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2925 // unconditional otherwise.
2926 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2927   // Check for constant integer values in the select.
2928   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2929   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2930   if (!TrueVal || !FalseVal)
2931     return false;
2932
2933   // Find the relevant condition and destinations.
2934   Value *Condition = Select->getCondition();
2935   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2936   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2937
2938   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2939   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2940   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2941   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2942   if (HasWeights) {
2943     GetBranchWeights(SI, Weights);
2944     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2945       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2946                                      getSuccessorIndex()];
2947       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2948                                       getSuccessorIndex()];
2949     }
2950   }
2951
2952   // Perform the actual simplification.
2953   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2954                                     TrueWeight, FalseWeight);
2955 }
2956
2957 // Replaces
2958 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2959 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2960 // with
2961 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2962 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2963   // Check that both operands of the select are block addresses.
2964   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2965   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2966   if (!TBA || !FBA)
2967     return false;
2968
2969   // Extract the actual blocks.
2970   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2971   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2972
2973   // Perform the actual simplification.
2974   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2975                                     0, 0);
2976 }
2977
2978 /// This is called when we find an icmp instruction
2979 /// (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2980 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2981 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2982 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2983 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2984 /// like:
2985 ///
2986 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2987 /// DEFAULT:
2988 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2989 ///   br label %end
2990 /// end:
2991 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2992 ///
2993 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2994 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2995 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2996     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const DataLayout &DL,
2997     const TargetTransformInfo &TTI, unsigned BonusInstThreshold,
2998     AssumptionCache *AC) {
2999   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
3000
3001   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
3002   // complex.
3003   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
3004
3005   Value *V = ICI->getOperand(0);
3006   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
3007
3008   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
3009   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
3010   // fold the compared value into the switch to simplify things.
3011   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
3012   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
3013
3014   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
3015   if (SI->getCondition() != V)
3016     return false;
3017
3018   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
3019   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
3020   // away.
3021   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
3022     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
3023     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
3024     ICI->setOperand(0, VVal);
3025
3026     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
3027       ICI->replaceAllUsesWith(V);
3028       ICI->eraseFromParent();
3029     }
3030     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
3031     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
3032   }
3033
3034   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
3035   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
3036   // and zap it.
3037   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
3038     Value *V;
3039     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
3040       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
3041     else
3042       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
3043
3044     ICI->replaceAllUsesWith(V);
3045     ICI->eraseFromParent();
3046     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
3047     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
3048   }
3049
3050   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
3051   // the block.
3052   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
3053   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
3054   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
3055       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
3056     return false;
3057
3058   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
3059   // true in the PHI.
3060   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
3061   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
3062
3063   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
3064     std::swap(DefaultCst, NewCst);
3065
3066   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
3067   // false depending on if it is EQ or NE.
3068   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
3069   ICI->eraseFromParent();
3070
3071   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
3072   // the switch to the merge point on the compared value.
3073   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
3074                                          BB->getParent(), BB);
3075   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3076   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3077   if (HasWeights) {
3078     GetBranchWeights(SI, Weights);
3079     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3080       // Split weight for default case to case for "Cst".
3081       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
3082       Weights.push_back(Weights[0]);
3083
3084       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3085       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3086                       MDBuilder(SI->getContext()).
3087                       createBranchWeights(MDWeights));
3088     }
3089   }
3090   SI->addCase(Cst, NewBB);
3091
3092   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
3093   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
3094   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
3095   Builder.CreateBr(SuccBlock);
3096   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
3097   return true;
3098 }
3099
3100 /// The specified branch is a conditional branch.
3101 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
3102 /// fold it into a switch instruction if so.
3103 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder,
3104                                       const DataLayout &DL) {
3105   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
3106   if (!Cond) return false;
3107
3108   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
3109   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
3110   // 'setne's and'ed together, collect them.
3111
3112   // Try to gather values from a chain of and/or to be turned into a switch
3113   ConstantComparesGatherer ConstantCompare(Cond, DL);
3114   // Unpack the result
3115   SmallVectorImpl<ConstantInt*> &Values = ConstantCompare.Vals;
3116   Value *CompVal = ConstantCompare.CompValue;
3117   unsigned UsedICmps = ConstantCompare.UsedICmps;
3118   Value *ExtraCase = ConstantCompare.Extra;
3119
3120   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
3121   if (!CompVal) return false;
3122
3123   // Avoid turning single icmps into a switch.
3124   if (UsedICmps <= 1)
3125     return false;
3126
3127   bool TrueWhenEqual = (Cond->getOpcode() == Instruction::Or);
3128
3129   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
3130   // instruction can't handle, remove them now.
3131   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
3132   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
3133
3134   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
3135   // transformation.  A switch with one value is just a conditional branch.
3136   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
3137
3138   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
3139   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
3140
3141   // Figure out which block is which destination.
3142   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
3143   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
3144   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
3145
3146   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3147
3148   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
3149                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
3150
3151   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
3152   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
3153   // right before the condbr to handle it.
3154   if (ExtraCase) {
3155     BasicBlock *NewBB =
3156         BB->splitBasicBlock(BI->getIterator(), "switch.early.test");
3157     // Remove the uncond branch added to the old block.
3158     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
3159     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
3160
3161     if (TrueWhenEqual)
3162       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
3163     else
3164       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
3165
3166     OldTI->eraseFromParent();
3167
3168     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
3169     // for the edge we just added.
3170     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
3171
3172     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
3173           << "\nEXTRABB = " << *BB);
3174     BB = NewBB;
3175   }
3176
3177   Builder.SetInsertPoint(BI);
3178   // Convert pointer to int before we switch.
3179   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
3180     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(
3181         CompVal, DL.getIntPtrType(CompVal->getType()), "magicptr");
3182   }
3183
3184   // Create the new switch instruction now.
3185   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
3186
3187   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
3188   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
3189     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
3190
3191   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
3192   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
3193   // the number of edges added.
3194   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
3195        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3196     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
3197     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
3198     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
3199       PN->addIncoming(InVal, BB);
3200   }
3201
3202   // Erase the old branch instruction.
3203   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3204
3205   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
3206   return true;
3207 }
3208
3209 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
3210   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
3211   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
3212   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3213   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
3214   if (RI->getValue() != LPInst)
3215     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
3216     // caused control to branch here.
3217     return false;
3218
3219   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
3220   BasicBlock::iterator I = LPInst->getIterator(), E = RI->getIterator();
3221   while (++I != E)
3222     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3223       return false;
3224
3225   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
3226   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
3227     BasicBlock *Pred = *PI++;
3228     removeUnwindEdge(Pred);
3229   }
3230
3231   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
3232   BB->eraseFromParent();
3233   return true;
3234 }
3235
3236 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCleanupReturn(CleanupReturnInst *RI) {
3237   // If this is a trivial cleanup pad that executes no instructions, it can be
3238   // eliminated.  If the cleanup pad continues to the caller, any predecessor
3239   // that is an EH pad will be updated to continue to the caller and any
3240   // predecessor that terminates with an invoke instruction will have its invoke
3241   // instruction converted to a call instruction.  If the cleanup pad being
3242   // simplified does not continue to the caller, each predecessor will be
3243   // updated to continue to the unwind destination of the cleanup pad being
3244   // simplified.
3245   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3246   Instruction *CPInst = dyn_cast<CleanupPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
3247   if (!CPInst)
3248     // This isn't an empty cleanup.
3249     return false;
3250
3251   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
3252   BasicBlock::iterator I = CPInst->getIterator(), E = RI->getIterator();
3253   while (++I != E)
3254     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3255       return false;
3256
3257   // If the cleanup return we are simplifying unwinds to the caller, this
3258   // will set UnwindDest to nullptr.
3259   BasicBlock *UnwindDest = RI->getUnwindDest();
3260
3261   // We're about to remove BB from the control flow.  Before we do, sink any
3262   // PHINodes into the unwind destination.  Doing this before changing the
3263   // control flow avoids some potentially slow checks, since we can currently
3264   // be certain that UnwindDest and BB have no common predecessors (since they
3265   // are both EH pads).
3266   if (UnwindDest) {
3267     // First, go through the PHI nodes in UnwindDest and update any nodes that
3268     // reference the block we are removing
3269     for (BasicBlock::iterator I = UnwindDest->begin(),
3270                               IE = UnwindDest->getFirstNonPHI()->getIterator();
3271          I != IE; ++I) {
3272       PHINode *DestPN = cast<PHINode>(I);
3273
3274       int Idx = DestPN->getBasicBlockIndex(BB);
3275       // Since BB unwinds to UnwindDest, it has to be in the PHI node.
3276       assert(Idx != -1);
3277       // This PHI node has an incoming value that corresponds to a control
3278       // path through the cleanup pad we are removing.  If the incoming
3279       // value is in the cleanup pad, it must be a PHINode (because we
3280       // verified above that the block is otherwise empty).  Otherwise, the
3281       // value is either a constant or a value that dominates the cleanup
3282       // pad being removed.
3283       //
3284       // Because BB and UnwindDest are both EH pads, all of their
3285       // predecessors must unwind to these blocks, and since no instruction
3286       // can have multiple unwind destinations, there will be no overlap in
3287       // incoming blocks between SrcPN and DestPN.
3288       Value *SrcVal = DestPN->getIncomingValue(Idx);
3289       PHINode *SrcPN = dyn_cast<PHINode>(SrcVal);
3290
3291       // Remove the entry for the block we are deleting.
3292       DestPN->removeIncomingValue(Idx, false);
3293
3294       if (SrcPN && SrcPN->getParent() == BB) {
3295         // If the incoming value was a PHI node in the cleanup pad we are
3296         // removing, we need to merge that PHI node's incoming values into
3297         // DestPN.
3298         for (unsigned SrcIdx = 0, SrcE = SrcPN->getNumIncomingValues();
3299               SrcIdx != SrcE; ++SrcIdx) {
3300           DestPN->addIncoming(SrcPN->getIncomingValue(SrcIdx),
3301                               SrcPN->getIncomingBlock(SrcIdx));
3302         }
3303       } else {
3304         // Otherwise, the incoming value came from above BB and
3305         // so we can just reuse it.  We must associate all of BB's
3306         // predecessors with this value.
3307         for (auto *pred : predecessors(BB)) {
3308           DestPN->addIncoming(SrcVal, pred);
3309         }
3310       }
3311     }
3312
3313     // Sink any remaining PHI nodes directly into UnwindDest.
3314     Instruction *InsertPt = UnwindDest->getFirstNonPHI();
3315     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(),
3316                               IE = BB->getFirstNonPHI()->getIterator();
3317          I != IE;) {
3318       // The iterator must be incremented here because the instructions are
3319       // being moved to another block.
3320       PHINode *PN = cast<PHINode>(I++);
3321       if (PN->use_empty())
3322         // If the PHI node has no uses, just leave it.  It will be erased
3323         // when we erase BB below.
3324         continue;
3325
3326       // Otherwise, sink this PHI node into UnwindDest.
3327       // Any predecessors to UnwindDest which are not already represented
3328       // must be back edges which inherit the value from the path through
3329       // BB.  In this case, the PHI value must reference itself.
3330       for (auto *pred : predecessors(UnwindDest))
3331         if (pred != BB)
3332           PN->addIncoming(PN, pred);
3333       PN->moveBefore(InsertPt);
3334     }
3335   }
3336
3337   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
3338     // The iterator must be updated here because we are removing this pred.
3339     BasicBlock *PredBB = *PI++;
3340     if (UnwindDest == nullptr) {
3341       removeUnwindEdge(PredBB);
3342     } else {
3343       TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
3344       TI->replaceUsesOfWith(BB, UnwindDest);
3345     }
3346   }
3347
3348   // The cleanup pad is now unreachable.  Zap it.
3349   BB->eraseFromParent();
3350   return true;
3351 }
3352
3353 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
3354   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3355   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
3356
3357   // Find predecessors that end with branches.
3358   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
3359   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
3360   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
3361     BasicBlock *P = *PI;
3362     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
3363     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
3364       if (BI->isUnconditional())
3365         UncondBranchPreds.push_back(P);
3366       else
3367         CondBranchPreds.push_back(BI);
3368     }
3369   }
3370
3371   // If we found some, do the transformation!
3372   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
3373     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
3374       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
3375       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
3376             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
3377       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
3378     }
3379
3380     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
3381     if (pred_empty(BB))
3382       // We know there are no successors, so just nuke the block.
3383       BB->eraseFromParent();
3384
3385     return true;
3386   }
3387
3388   // Check out all of the conditional branches going to this return
3389   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
3390   // branch itself into a select/return pair.
3391   while (!CondBranchPreds.empty()) {
3392     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
3393
3394     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
3395     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
3396         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
3397         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
3398       return true;
3399   }
3400   return false;
3401 }
3402
3403 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
3404   BasicBlock *BB = UI->getParent();
3405
3406   bool Changed = false;
3407
3408   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
3409   // be removed, do so.
3410   while (UI->getIterator() != BB->begin()) {
3411     BasicBlock::iterator BBI = UI->getIterator();
3412     --BBI;
3413     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
3414     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
3415     // operations may have this effect.
3416     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
3417
3418     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3419       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3420         if (SI->isVolatile())
3421           break;
3422       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3423         if (LI->isVolatile())
3424           break;
3425       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3426         if (RMWI->isVolatile())
3427           break;
3428       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3429         if (CXI->isVolatile())
3430           break;
3431       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3432                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3433         break;
3434       }
3435       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3436       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3437       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3438       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3439     }
3440
3441     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3442     if (!BBI->use_empty())
3443       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3444     BBI->eraseFromParent();
3445     Changed = true;
3446   }
3447
3448   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3449   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3450   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3451
3452   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3453   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3454     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3455     IRBuilder<> Builder(TI);
3456     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3457       if (BI->isUnconditional()) {
3458         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3459           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3460           TI->eraseFromParent();
3461           Changed = true;
3462         }
3463       } else {
3464         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3465           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3466           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3467         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3468           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3469           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3470           Changed = true;
3471         }
3472       }
3473     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3474       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3475            i != e; ++i)
3476         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3477           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3478           SI->removeCase(i);
3479           --i; --e;
3480           Changed = true;
3481         }
3482     } else if ((isa<InvokeInst>(TI) &&
3483                 cast<InvokeInst>(TI)->getUnwindDest() == BB) ||
3484                isa<CatchEndPadInst>(TI) || isa<TerminatePadInst>(TI)) {
3485       removeUnwindEdge(TI->getParent());
3486       Changed = true;
3487     } else if (isa<CleanupReturnInst>(TI) || isa<CleanupEndPadInst>(TI)) {
3488       new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3489       TI->eraseFromParent();
3490       Changed = true;
3491     }
3492     // TODO: If TI is a CatchPadInst, then (BB must be its normal dest and)
3493     // we can eliminate it, redirecting its preds to its unwind successor,
3494     // or to the next outer handler if the removed catch is the last for its
3495     // catchendpad.
3496   }
3497
3498   // If this block is now dead, remove it.
3499   if (pred_empty(BB) &&
3500       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3501     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3502     BB->eraseFromParent();
3503     return true;
3504   }
3505
3506   return Changed;
3507 }
3508
3509 static bool CasesAreContiguous(SmallVectorImpl<ConstantInt *> &Cases) {
3510   assert(Cases.size() >= 1);
3511
3512   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3513   for (size_t I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3514     if (Cases[I - 1]->getValue() != Cases[I]->getValue() + 1)
3515       return false;
3516   }
3517   return true;
3518 }
3519
3520 /// Turn a switch with two reachable destinations into an integer range
3521 /// comparison and branch.
3522 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3523   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3524
3525   bool HasDefault =
3526       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
3527
3528   // Partition the cases into two sets with different destinations.
3529   BasicBlock *DestA = HasDefault ? SI->getDefaultDest() : nullptr;
3530   BasicBlock *DestB = nullptr;
3531   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesA;
3532   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesB;
3533
3534   for (SwitchInst::CaseIt I : SI->cases()) {
3535     BasicBlock *Dest = I.getCaseSuccessor();
3536     if (!DestA) DestA = Dest;
3537     if (Dest == DestA) {
3538       CasesA.push_back(I.getCaseValue());
3539       continue;
3540     }
3541     if (!DestB) DestB = Dest;
3542     if (Dest == DestB) {
3543       CasesB.push_back(I.getCaseValue());
3544       continue;
3545     }
3546     return false;  // More than two destinations.
3547   }
3548
3549   assert(DestA && DestB && "Single-destination switch should have been folded.");
3550   assert(DestA != DestB);
3551   assert(DestB != SI->getDefaultDest());
3552   assert(!CasesB.empty() && "There must be non-default cases.");
3553   assert(!CasesA.empty() || HasDefault);
3554
3555   // Figure out if one of the sets of cases form a contiguous range.
3556   SmallVectorImpl<ConstantInt *> *ContiguousCases = nullptr;
3557   BasicBlock *ContiguousDest = nullptr;
3558   BasicBlock *OtherDest = nullptr;
3559   if (!CasesA.empty() && CasesAreContiguous(CasesA)) {
3560     ContiguousCases = &CasesA;
3561     ContiguousDest = DestA;
3562     OtherDest = DestB;
3563   } else if (CasesAreContiguous(CasesB)) {
3564     ContiguousCases = &CasesB;
3565     ContiguousDest = DestB;
3566     OtherDest = DestA;
3567   } else
3568     return false;
3569
3570   // Start building the compare and branch.
3571
3572   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(ContiguousCases->back());
3573   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), ContiguousCases->size());
3574
3575   Value *Sub = SI->getCondition();
3576   if (!Offset->isNullValue())
3577     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName() + ".off");
3578
3579   Value *Cmp;
3580   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3581   if (NumCases->isNullValue() && !ContiguousCases->empty())
3582     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3583   else
3584     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3585   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cmp, ContiguousDest, OtherDest);
3586
3587   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3588   if (HasBranchWeights(SI)) {
3589     SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3590     GetBranchWeights(SI, Weights);
3591     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3592       uint64_t TrueWeight = 0;
3593       uint64_t FalseWeight = 0;
3594       for (size_t I = 0, E = Weights.size(); I != E; ++I) {
3595         if (SI->getSuccessor(I) == ContiguousDest)
3596           TrueWeight += Weights[I];
3597         else
3598           FalseWeight += Weights[I];
3599       }
3600       while (TrueWeight > UINT32_MAX || FalseWeight > UINT32_MAX) {
3601         TrueWeight /= 2;
3602         FalseWeight /= 2;
3603       }
3604       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3605                          MDBuilder(SI->getContext()).createBranchWeights(
3606                              (uint32_t)TrueWeight, (uint32_t)FalseWeight));
3607     }
3608   }
3609
3610   // Prune obsolete incoming values off the successors' PHI nodes.
3611   for (auto BBI = ContiguousDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3612     unsigned PreviousEdges = ContiguousCases->size();
3613     if (ContiguousDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3614     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3615       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3616   }
3617   for (auto BBI = OtherDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3618     unsigned PreviousEdges = SI->getNumCases() - ContiguousCases->size();
3619     if (OtherDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3620     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3621       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3622   }
3623
3624   // Drop the switch.
3625   SI->eraseFromParent();
3626
3627   return true;
3628 }
3629
3630 /// Compute masked bits for the condition of a switch
3631 /// and use it to remove dead cases.
3632 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, AssumptionCache *AC,
3633                                      const DataLayout &DL) {
3634   Value *Cond = SI->getCondition();
3635   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3636   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3637   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AC, SI);
3638
3639   // Gather dead cases.
3640   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3641   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3642     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3643         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3644       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3645       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3646                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3647     }
3648   }
3649
3650   // If we can prove that the cases must cover all possible values, the 
3651   // default destination becomes dead and we can remove it.  If we know some 
3652   // of the bits in the value, we can use that to more precisely compute the
3653   // number of possible unique case values.
3654   bool HasDefault =
3655     !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
3656   const unsigned NumUnknownBits = Bits - 
3657     (KnownZero.Or(KnownOne)).countPopulation();
3658   assert(NumUnknownBits <= Bits);
3659   if (HasDefault && DeadCases.empty() &&
3660       NumUnknownBits < 64 /* avoid overflow */ &&  
3661       SI->getNumCases() == (1ULL << NumUnknownBits)) {
3662     DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch default is dead.\n");
3663     BasicBlock *NewDefault = SplitBlockPredecessors(SI->getDefaultDest(),
3664                                                     SI->getParent(), "");
3665     SI->setDefaultDest(&*NewDefault);
3666     SplitBlock(&*NewDefault, &NewDefault->front());
3667     auto *OldTI = NewDefault->getTerminator();
3668     new UnreachableInst(SI->getContext(), OldTI);
3669     EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTI);
3670     return true;
3671   }
3672
3673   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3674   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3675   if (HasWeight) {
3676     GetBranchWeights(SI, Weights);
3677     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3678   }
3679
3680   // Remove dead cases from the switch.
3681   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3682     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3683     assert(Case != SI->case_default() &&
3684            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3685     if (HasWeight) {
3686       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3687       Weights.pop_back();
3688     }
3689
3690     // Prune unused values from PHI nodes.
3691     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3692     SI->removeCase(Case);
3693   }
3694   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3695     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3696     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3697                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3698                     createBranchWeights(MDWeights));
3699   }
3700
3701   return !DeadCases.empty();
3702 }
3703
3704 /// If BB would be eligible for simplification by
3705 /// TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3706 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3707 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3708 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3709 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3710                                               BasicBlock *BB,
3711                                               int *PhiIndex) {
3712   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3713     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3714   if (!BB->getSinglePredecessor())
3715     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
3716
3717   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3718   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3719     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
3720
3721   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3722
3723   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3724   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3725     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3726     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3727
3728     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3729     if (InValue != CaseValue) continue;
3730
3731     *PhiIndex = Idx;
3732     return PHI;
3733   }
3734
3735   return nullptr;
3736 }
3737
3738 /// Try to forward the condition of a switch instruction to a phi node
3739 /// dominated by the switch, if that would mean that some of the destination
3740 /// blocks of the switch can be folded away.
3741 /// Returns true if a change is made.
3742 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3743   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3744   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3745
3746   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3747     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3748     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3749
3750     int PhiIndex;
3751     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3752                                                  &PhiIndex);
3753     if (!PHI) continue;
3754
3755     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3756   }
3757
3758   bool Changed = false;
3759
3760   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3761        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3762     PHINode *Phi = I->first;
3763     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3764
3765     if (Indexes.size() < 2) continue;
3766
3767     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3768       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3769     Changed = true;
3770   }
3771
3772   return Changed;
3773 }
3774
3775 /// Return true if the backend will be able to handle
3776 /// initializing an array of constants like C.
3777 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3778   if (C->isThreadDependent())
3779     return false;
3780   if (C->isDLLImportDependent())
3781     return false;
3782
3783   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3784     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3785
3786   return isa<ConstantFP>(C) ||
3787       isa<ConstantInt>(C) ||
3788       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3789       isa<GlobalValue>(C) ||
3790       isa<UndefValue>(C);
3791 }
3792
3793 /// If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3794 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3795 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3796                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3797   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3798     return C;
3799   return ConstantPool.lookup(V);
3800 }
3801
3802 /// Try to fold instruction I into a constant. This works for
3803 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3804 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3805 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3806 static Constant *
3807 ConstantFold(Instruction *I, const DataLayout &DL,
3808              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool) {
3809   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3810     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3811     if (!A)
3812       return nullptr;
3813     if (A->isAllOnesValue())
3814       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3815     if (A->isNullValue())
3816       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3817     return nullptr;
3818   }
3819
3820   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3821   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3822     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3823       COps.push_back(A);
3824     else
3825       return nullptr;
3826   }
3827
3828   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3829     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3830                                            COps[1], DL);
3831   }
3832
3833   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3834 }
3835
3836 /// Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3837 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3838 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3839 /// case), of a switch instruction SI.
3840 static bool
3841 GetCaseResults(SwitchInst *SI, ConstantInt *CaseVal, BasicBlock *CaseDest,
3842                BasicBlock **CommonDest,
3843                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *>> &Res,
3844                const DataLayout &DL) {
3845   // The block from which we enter the common destination.
3846   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3847
3848   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3849   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3850   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3851   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3852   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3853        ++I) {
3854     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3855       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3856       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3857         return false;
3858       Pred = CaseDest;
3859       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3860     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3861       // Skip debug intrinsic.
3862       continue;
3863     } else if (Constant *C = ConstantFold(&*I, DL, ConstantPool)) {
3864       // Instruction is side-effect free and constant.
3865
3866       // If the instruction has uses outside this block or a phi node slot for
3867       // the block, it is not safe to bypass the instruction since it would then
3868       // no longer dominate all its uses.
3869       for (auto &Use : I->uses()) {
3870         User *User = Use.getUser();
3871         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(User))
3872           if (I->getParent() == CaseDest)
3873             continue;
3874         if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(User))
3875           if (Phi->getIncomingBlock(Use) == CaseDest)
3876             continue;
3877         return false;
3878       }
3879
3880       ConstantPool.insert(std::make_pair(&*I, C));
3881     } else {
3882       break;
3883     }
3884   }
3885
3886   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3887   if (!*CommonDest)
3888     *CommonDest = CaseDest;
3889   // If the destination isn't the common one, abort.
3890   if (CaseDest != *CommonDest)
3891     return false;
3892
3893   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3894   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3895   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3896     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3897     if (Idx == -1)
3898       continue;
3899
3900     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3901                                         ConstantPool);
3902     if (!ConstVal)
3903       return false;
3904
3905     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3906     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3907       return false;
3908
3909     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3910   }
3911
3912   return Res.size() > 0;
3913 }
3914
3915 // Helper function used to add CaseVal to the list of cases that generate
3916 // Result.
3917 static void MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
3918     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3919     Constant *Result) {
3920   for (auto &I : UniqueResults) {
3921     if (I.first == Result) {
3922       I.second.push_back(CaseVal);
3923       return;
3924     }
3925   }
3926   UniqueResults.push_back(std::make_pair(Result,
3927         SmallVector<ConstantInt*, 4>(1, CaseVal)));
3928 }
3929
3930 // Helper function that initializes a map containing
3931 // results for the PHI node of the common destination block for a switch
3932 // instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
3933 // there is not a common destination block for the switch.
3934 static bool InitializeUniqueCases(SwitchInst *SI, PHINode *&PHI,
3935                                   BasicBlock *&CommonDest,
3936                                   SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3937                                   Constant *&DefaultResult,
3938                                   const DataLayout &DL) {
3939   for (auto &I : SI->cases()) {
3940     ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
3941
3942     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3943     SwitchCaseResultsTy Results;
3944     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
3945                         DL))
3946       return false;
3947
3948     // Only one value per case is permitted
3949     if (Results.size() > 1)
3950       return false;
3951     MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
3952
3953     // Check the PHI consistency.
3954     if (!PHI)
3955       PHI = Results[0].first;
3956     else if (PHI != Results[0].first)
3957       return false;
3958   }
3959   // Find the default result value.
3960   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
3961   BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
3962   GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
3963                  DL);
3964   // If the default value is not found abort unless the default destination
3965   // is unreachable.
3966   DefaultResult =
3967       DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
3968   if ((!DefaultResult &&
3969         !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
3970     return false;
3971
3972   return true;
3973 }
3974
3975 // Helper function that checks if it is possible to transform a switch with only
3976 // two cases (or two cases + default) that produces a result into a select.
3977 // Example:
3978 // switch (a) {
3979 //   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
3980 //     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
3981 //   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
3982 //     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
3983 //   default:
3984 //     return 4;
3985 // }
3986 static Value *
3987 ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
3988                      Constant *DefaultResult, Value *Condition,
3989                      IRBuilder<> &Builder) {
3990   assert(ResultVector.size() == 2 &&
3991       "We should have exactly two unique results at this point");
3992   // If we are selecting between only two cases transform into a simple
3993   // select or a two-way select if default is possible.
3994   if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
3995       ResultVector[1].second.size() == 1) {
3996     ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
3997     ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
3998
3999     bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
4000     Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
4001     if (DefaultCanTrigger) {
4002       Value *const ValueCompare =
4003           Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
4004       SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
4005                                          DefaultResult, "switch.select");
4006     }
4007     Value *const ValueCompare =
4008         Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
4009     return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first, SelectValue,
4010                                 "switch.select");
4011   }
4012
4013   return nullptr;
4014 }
4015
4016 // Helper function to cleanup a switch instruction that has been converted into
4017 // a select, fixing up PHI nodes and basic blocks.
4018 static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
4019                                               Value *SelectValue,
4020                                               IRBuilder<> &Builder) {
4021   BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
4022   while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
4023     PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
4024   PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
4025
4026   Builder.CreateBr(PHI->getParent());
4027
4028   // Remove the switch.
4029   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4030     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4031
4032     if (Succ == PHI->getParent())
4033       continue;
4034     Succ->removePredecessor(SelectBB);
4035   }
4036   SI->eraseFromParent();
4037 }
4038
4039 /// If the switch is only used to initialize one or more
4040 /// phi nodes in a common successor block with only two different
4041 /// constant values, replace the switch with select.
4042 static bool SwitchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
4043                            AssumptionCache *AC, const DataLayout &DL) {
4044   Value *const Cond = SI->getCondition();
4045   PHINode *PHI = nullptr;
4046   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4047   Constant *DefaultResult;
4048   SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
4049   // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
4050   if (!InitializeUniqueCases(SI, PHI, CommonDest, UniqueResults, DefaultResult,
4051                              DL))
4052     return false;
4053   // Selects choose between maximum two values.
4054   if (UniqueResults.size() != 2)
4055     return false;
4056   assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
4057
4058   Builder.SetInsertPoint(SI);
4059   Value *SelectValue = ConvertTwoCaseSwitch(
4060       UniqueResults,
4061       DefaultResult, Cond, Builder);
4062   if (SelectValue) {
4063     RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
4064     return true;
4065   }
4066   // The switch couldn't be converted into a select.
4067   return false;
4068 }
4069
4070 namespace {
4071   /// This class represents a lookup table that can be used to replace a switch.
4072   class SwitchLookupTable {
4073   public:
4074     /// Create a lookup table to use as a switch replacement with the contents
4075     /// of Values, using DefaultValue to fill any holes in the table.
4076     SwitchLookupTable(
4077         Module &M, uint64_t TableSize, ConstantInt *Offset,
4078         const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values,
4079         Constant *DefaultValue, const DataLayout &DL);
4080
4081     /// Build instructions with Builder to retrieve the value at
4082     /// the position given by Index in the lookup table.
4083     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
4084
4085     /// Return true if a table with TableSize elements of
4086     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
4087     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout &DL, uint64_t TableSize,
4088                                    Type *ElementType);
4089
4090   private:
4091     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
4092     // different ways.
4093     enum {
4094       // For tables where each element contains the same value, we just have to
4095       // store that single value and return it for each lookup.
4096       SingleValueKind,
4097
4098       // For tables where there is a linear relationship between table index
4099       // and values. We calculate the result with a simple multiplication
4100       // and addition instead of a table lookup.
4101       LinearMapKind,
4102
4103       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
4104       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
4105       // shift and mask operations.
4106       BitMapKind,
4107
4108       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
4109       // instructions from the table.
4110       ArrayKind
4111     } Kind;
4112
4113     // For SingleValueKind, this is the single value.
4114     Constant *SingleValue;
4115
4116     // For BitMapKind, this is the bitmap.
4117     ConstantInt *BitMap;
4118     IntegerType *BitMapElementTy;
4119
4120     // For LinearMapKind, these are the constants used to derive the value.
4121     ConstantInt *LinearOffset;
4122     ConstantInt *LinearMultiplier;
4123
4124     // For ArrayKind, this is the array.
4125     GlobalVariable *Array;
4126   };
4127 }
4128
4129 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(
4130     Module &M, uint64_t TableSize, ConstantInt *Offset,
4131     const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values,
4132     Constant *DefaultValue, const DataLayout &DL)
4133     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
4134       LinearOffset(nullptr), LinearMultiplier(nullptr), Array(nullptr) {
4135   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
4136   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
4137
4138   // If all values in the table are equal, this is that value.
4139   SingleValue = Values.begin()->second;
4140
4141   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
4142
4143   // Build up the table contents.
4144   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
4145   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
4146     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
4147     Constant *CaseRes = Values[I].second;
4148     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
4149
4150     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
4151                    .getLimitedValue();
4152     TableContents[Idx] = CaseRes;
4153
4154     if (CaseRes != SingleValue)
4155       SingleValue = nullptr;
4156   }
4157
4158   // Fill in any holes in the table with the default result.
4159   if (Values.size() < TableSize) {
4160     assert(DefaultValue &&
4161            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
4162     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
4163     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
4164       if (!TableContents[I])
4165         TableContents[I] = DefaultValue;
4166     }
4167
4168     if (DefaultValue != SingleValue)
4169       SingleValue = nullptr;
4170   }
4171
4172   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
4173   // that single value.
4174   if (SingleValue) {
4175     Kind = SingleValueKind;
4176     return;
4177   }
4178
4179   // Check if we can derive the value with a linear transformation from the
4180   // table index.
4181   if (isa<IntegerType>(ValueType)) {
4182     bool LinearMappingPossible = true;
4183     APInt PrevVal;
4184     APInt DistToPrev;
4185     assert(TableSize >= 2 && "Should be a SingleValue table.");
4186     // Check if there is the same distance between two consecutive values.
4187     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
4188       ConstantInt *ConstVal = dyn_cast<ConstantInt>(TableContents[I]);
4189       if (!ConstVal) {
4190         // This is an undef. We could deal with it, but undefs in lookup tables
4191         // are very seldom. It's probably not worth the additional complexity.
4192         LinearMappingPossible = false;
4193         break;
4194       }
4195       APInt Val = ConstVal->getValue();
4196       if (I != 0) {
4197         APInt Dist = Val - PrevVal;
4198         if (I == 1) {
4199           DistToPrev = Dist;
4200         } else if (Dist != DistToPrev) {
4201           LinearMappingPossible = false;
4202           break;
4203         }
4204       }
4205       PrevVal = Val;
4206     }
4207     if (LinearMappingPossible) {
4208       LinearOffset = cast<ConstantInt>(TableContents[0]);
4209       LinearMultiplier = ConstantInt::get(M.getContext(), DistToPrev);
4210       Kind = LinearMapKind;
4211       ++NumLinearMaps;
4212       return;
4213     }
4214   }
4215
4216   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
4217   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
4218     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
4219     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
4220     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
4221       TableInt <<= IT->getBitWidth();
4222       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
4223       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
4224         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
4225         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
4226       }
4227     }
4228     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
4229     BitMapElementTy = IT;
4230     Kind = BitMapKind;
4231     ++NumBitMaps;
4232     return;
4233   }
4234
4235   // Store the table in an array.
4236   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
4237   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
4238
4239   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
4240                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
4241                              Initializer,
4242                              "switch.table");
4243   Array->setUnnamedAddr(true);
4244   Kind = ArrayKind;
4245 }
4246
4247 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
4248   switch (Kind) {
4249     case SingleValueKind:
4250       return SingleValue;
4251     case LinearMapKind: {
4252       // Derive the result value from the input value.
4253       Value *Result = Builder.CreateIntCast(Index, LinearMultiplier->getType(),
4254                                             false, "switch.idx.cast");
4255       if (!LinearMultiplier->isOne())
4256         Result = Builder.CreateMul(Result, LinearMultiplier, "switch.idx.mult");
4257       if (!LinearOffset->isZero())
4258         Result = Builder.CreateAdd(Result, LinearOffset, "switch.offset");
4259       return Result;
4260     }
4261     case BitMapKind: {
4262       // Type of the bitmap (e.g. i59).
4263       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
4264
4265       // Cast Index to the same type as the bitmap.
4266       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
4267       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
4268       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
4269
4270       // Multiply the shift amount by the element width.
4271       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
4272                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
4273                                    "switch.shiftamt");
4274
4275       // Shift down.
4276       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
4277                                               "switch.downshift");
4278       // Mask off.
4279       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
4280                                  "switch.masked");
4281     }
4282     case ArrayKind: {
4283       // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
4284       IntegerType *IT = cast<IntegerType>(Index->getType());
4285       uint64_t TableSize = Array->getInitializer()->getType()
4286                                 ->getArrayNumElements();
4287       if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
4288         Index = Builder.CreateZExt(Index,
4289                                    IntegerType::get(IT->getContext(),
4290                                                     IT->getBitWidth() + 1),
4291                                    "switch.tableidx.zext");
4292
4293       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
4294       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array->getValueType(), Array,
4295                                              GEPIndices, "switch.gep");
4296       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
4297     }
4298   }
4299   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
4300 }
4301
4302 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout &DL,
4303                                            uint64_t TableSize,
4304                                            Type *ElementType) {
4305   auto *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
4306   if (!IT)
4307     return false;
4308   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
4309   // are <= 15, we could try to narrow the type.
4310
4311   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
4312   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
4313     return false;
4314   return DL.fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
4315 }
4316
4317 /// Determine whether a lookup table should be built for this switch, based on
4318 /// the number of cases, size of the table, and the types of the results.
4319 static bool
4320 ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI, uint64_t TableSize,
4321                        const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout &DL,
4322                        const SmallDenseMap<PHINode *, Type *> &ResultTypes) {
4323   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
4324     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
4325
4326   bool AllTablesFitInRegister = true;
4327   bool HasIllegalType = false;
4328   for (const auto &I : ResultTypes) {
4329     Type *Ty = I.second;
4330
4331     // Saturate this flag to true.
4332     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
4333
4334     // Saturate this flag to false.
4335     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
4336       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
4337
4338     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
4339     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
4340     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
4341     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
4342       break;
4343   }
4344
4345   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
4346   if (AllTablesFitInRegister)
4347     return true;
4348
4349   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
4350   if (HasIllegalType)
4351     return false;
4352
4353   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
4354   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
4355   // FIXME: Find the best cut-off.
4356   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
4357 }
4358
4359 /// Try to reuse the switch table index compare. Following pattern:
4360 /// \code
4361 ///     if (idx < tablesize)
4362 ///        r = table[idx]; // table does not contain default_value
4363 ///     else
4364 ///        r = default_value;
4365 ///     if (r != default_value)
4366 ///        ...
4367 /// \endcode
4368 /// Is optimized to:
4369 /// \code
4370 ///     cond = idx < tablesize;
4371 ///     if (cond)
4372 ///        r = table[idx];
4373 ///     else
4374 ///        r = default_value;
4375 ///     if (cond)
4376 ///        ...
4377 /// \endcode
4378 /// Jump threading will then eliminate the second if(cond).
4379 static void reuseTableCompare(User *PhiUser, BasicBlock *PhiBlock,
4380           BranchInst *RangeCheckBranch, Constant *DefaultValue,
4381           const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values) {
4382
4383   ICmpInst *CmpInst = dyn_cast<ICmpInst>(PhiUser);
4384   if (!CmpInst)
4385     return;
4386
4387   // We require that the compare is in the same block as the phi so that jump
4388   // threading can do its work afterwards.
4389   if (CmpInst->getParent() != PhiBlock)
4390     return;
4391
4392   Constant *CmpOp1 = dyn_cast<Constant>(CmpInst->getOperand(1));
4393   if (!CmpOp1)
4394     return;
4395
4396   Value *RangeCmp = RangeCheckBranch->getCondition();
4397   Constant *TrueConst = ConstantInt::getTrue(RangeCmp->getType());
4398   Constant *FalseConst = ConstantInt::getFalse(RangeCmp->getType());
4399
4400   // Check if the compare with the default value is constant true or false.
4401   Constant *DefaultConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
4402                                                  DefaultValue, CmpOp1, true);
4403   if (DefaultConst != TrueConst && DefaultConst != FalseConst)
4404     return;
4405
4406   // Check if the compare with the case values is distinct from the default
4407   // compare result.
4408   for (auto ValuePair : Values) {
4409     Constant *CaseConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
4410                               ValuePair.second, CmpOp1, true);
4411     if (!CaseConst || CaseConst == DefaultConst)
4412       return;
4413     assert((CaseConst == TrueConst || CaseConst == FalseConst) &&
4414            "Expect true or false as compare result.");
4415   }
4416   
4417   // Check if the branch instruction dominates the phi node. It's a simple
4418   // dominance check, but sufficient for our needs.
4419   // Although this check is invariant in the calling loops, it's better to do it
4420   // at this late stage. Practically we do it at most once for a switch.
4421   BasicBlock *BranchBlock = RangeCheckBranch->getParent();
4422   for (auto PI = pred_begin(PhiBlock), E = pred_end(PhiBlock); PI != E; ++PI) {
4423     BasicBlock *Pred = *PI;
4424     if (Pred != BranchBlock && Pred->getUniquePredecessor() != BranchBlock)
4425       return;
4426   }
4427
4428   if (DefaultConst == FalseConst) {
4429     // The compare yields the same result. We can replace it.
4430     CmpInst->replaceAllUsesWith(RangeCmp);
4431     ++NumTableCmpReuses;
4432   } else {
4433     // The compare yields the same result, just inverted. We can replace it.
4434     Value *InvertedTableCmp = BinaryOperator::CreateXor(RangeCmp,
4435                 ConstantInt::get(RangeCmp->getType(), 1), "inverted.cmp",
4436                 RangeCheckBranch);
4437     CmpInst->replaceAllUsesWith(InvertedTableCmp);
4438     ++NumTableCmpReuses;
4439   }
4440 }
4441
4442 /// If the switch is only used to initialize one or more phi nodes in a common
4443 /// successor block with different constant values, replace the switch with
4444 /// lookup tables.
4445 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
4446                                 const DataLayout &DL,
4447                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
4448   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
4449
4450   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
4451   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
4452     return false;
4453
4454   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
4455   // split off a dense part and build a lookup table for that.
4456
4457   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
4458   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
4459   // string and lookup indices into that.
4460
4461   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
4462   // faster, so we don't analyze them.
4463   if (SI->getNumCases() < 3)
4464     return false;
4465
4466   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
4467   // common destination, as well as the min and max case values.
4468   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
4469   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
4470   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
4471   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
4472
4473   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4474   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
4475   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
4476   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
4477   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
4478   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
4479
4480   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
4481     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
4482     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
4483       MinCaseVal = CaseVal;
4484     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
4485       MaxCaseVal = CaseVal;
4486
4487     // Resulting value at phi nodes for this case value.
4488     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
4489     ResultsTy Results;
4490     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
4491                         Results, DL))
4492       return false;
4493
4494     // Append the result from this case to the list for each phi.
4495     for (const auto &I : Results) {
4496       PHINode *PHI = I.first;
4497       Constant *Value = I.second;
4498       if (!ResultLists.count(PHI))
4499         PHIs.push_back(PHI);
4500       ResultLists[PHI].push_back(std::make_pair(CaseVal, Value));
4501     }
4502   }
4503
4504   // Keep track of the result types.
4505   for (PHINode *PHI : PHIs) {
4506     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
4507   }
4508
4509   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
4510   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
4511   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
4512   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
4513
4514   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
4515   // or a bitmask that fits in a register.
4516   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
4517   bool HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
4518                                           &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
4519
4520   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
4521   if (NeedMask) {
4522     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
4523     if (SI->getNumCases() < 4)  // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
4524       return false;
4525     if (!DL.fitsInLegalInteger(TableSize))
4526       return false;
4527   }
4528
4529   for (const auto &I : DefaultResultsList) {
4530     PHINode *PHI = I.first;
4531     Constant *Result = I.second;
4532     DefaultResults[PHI] = Result;
4533   }
4534
4535   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
4536     return false;
4537
4538   // Create the BB that does the lookups.
4539   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
4540   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4541                                             "switch.lookup",
4542                                             CommonDest->getParent(),
4543                                             CommonDest);
4544
4545   // Compute the table index value.
4546   Builder.SetInsertPoint(SI);
4547   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
4548                                         "switch.tableidx");
4549
4550   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
4551   // switching upon.
4552   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
4553   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
4554   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
4555          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
4556          "representable value of its input integer type's size.");
4557
4558   // If the default destination is unreachable, or if the lookup table covers
4559   // all values of the conditional variable, branch directly to the lookup table
4560   // BB. Otherwise, check that the condition is within the case range.
4561   const bool DefaultIsReachable =
4562       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
4563   const bool GeneratingCoveredLookupTable = (MaxTableSize == TableSize);
4564   BranchInst *RangeCheckBranch = nullptr;
4565
4566   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
4567     Builder.CreateBr(LookupBB);
4568     // Note: We call removeProdecessor later since we need to be able to get the
4569     // PHI value for the default case in case we're using a bit mask.
4570   } else {
4571     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
4572                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
4573     RangeCheckBranch = Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4574   }
4575
4576   // Populate the BB that does the lookups.
4577   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4578
4579   if (NeedMask) {
4580     // Before doing the lookup we do the hole check.
4581     // The LookupBB is therefore re-purposed to do the hole check
4582     // and we create a new LookupBB.
4583     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
4584     MaskBB->setName("switch.hole_check");
4585     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4586                                   "switch.lookup",
4587                                   CommonDest->getParent(),
4588                                   CommonDest);
4589
4590     // Make the mask's bitwidth at least 8bit and a power-of-2 to avoid
4591     // unnecessary illegal types.
4592     uint64_t TableSizePowOf2 = NextPowerOf2(std::max(7ULL, TableSize - 1ULL));
4593     APInt MaskInt(TableSizePowOf2, 0);
4594     APInt One(TableSizePowOf2, 1);
4595     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
4596     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
4597     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
4598       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
4599                       MinCaseVal->getValue()).getLimitedValue();
4600       MaskInt |= One << Idx;
4601     }
4602     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
4603
4604     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
4605     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
4606     // else continue with table lookup.
4607     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
4608     Value *MaskIndex = Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy,
4609                                                  "switch.maskindex");
4610     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex,
4611                                         "switch.shifted");
4612     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(Shifted,
4613                                        Type::getInt1Ty(Mod.getContext()),
4614                                        "switch.lobit");
4615     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4616
4617     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4618     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
4619   }
4620
4621   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
4622     // We cached PHINodes in PHIs, to avoid accessing deleted PHINodes later,
4623     // do not delete PHINodes here.
4624     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent(),
4625                                             /*DontDeleteUselessPHIs=*/true);
4626   }
4627
4628   bool ReturnedEarly = false;
4629   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
4630     PHINode *PHI = PHIs[I];
4631     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHI];
4632
4633     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
4634     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
4635     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultList, DV, DL);
4636
4637     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
4638
4639     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
4640     // do that right here.
4641     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
4642         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
4643       Builder.CreateRet(Result);
4644       ReturnedEarly = true;
4645       break;
4646     }
4647
4648     // Do a small peephole optimization: re-use the switch table compare if
4649     // possible.
4650     if (!TableHasHoles && HasDefaultResults && RangeCheckBranch) {
4651       BasicBlock *PhiBlock = PHI->getParent();
4652       // Search for compare instructions which use the phi.
4653       for (auto *User : PHI->users()) {
4654         reuseTableCompare(User, PhiBlock, RangeCheckBranch, DV, ResultList);
4655       }
4656     }
4657
4658     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
4659   }
4660
4661   if (!ReturnedEarly)
4662     Builder.CreateBr(CommonDest);
4663
4664   // Remove the switch.
4665   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4666     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4667
4668     if (Succ == SI->getDefaultDest())
4669       continue;
4670     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
4671   }
4672   SI->eraseFromParent();
4673
4674   ++NumLookupTables;
4675   if (NeedMask)
4676     ++NumLookupTablesHoles;
4677   return true;
4678 }
4679
4680 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
4681   BasicBlock *BB = SI->getParent();
4682
4683   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
4684     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4685     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
4686     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4687       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
4688         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4689
4690     Value *Cond = SI->getCondition();
4691     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
4692       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
4693         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4694
4695     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
4696     // away into any preds.
4697     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
4698     // Ignore dbg intrinsics.
4699     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
4700       ++BBI;
4701     if (SI == &*BBI)
4702       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
4703         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4704   }
4705
4706   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
4707   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
4708     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4709
4710   // Remove unreachable cases.
4711   if (EliminateDeadSwitchCases(SI, AC, DL))
4712     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4713
4714   if (SwitchToSelect(SI, Builder, AC, DL))
4715     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4716
4717   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
4718     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4719
4720   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, DL, TTI))
4721     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4722
4723   return false;
4724 }
4725
4726 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
4727   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
4728   bool Changed = false;
4729
4730   // Eliminate redundant destinations.
4731   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
4732   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
4733     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
4734     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest).second) {
4735       Dest->removePredecessor(BB);
4736       IBI->removeDestination(i);
4737       --i; --e;
4738       Changed = true;
4739     }
4740   }
4741
4742   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
4743     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
4744     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
4745     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4746     return true;
4747   }
4748
4749   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
4750     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
4751     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
4752     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4753     return true;
4754   }
4755
4756   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
4757     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
4758       return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4759   }
4760   return Changed;
4761 }
4762
4763 /// Given an block with only a single landing pad and a unconditional branch
4764 /// try to find another basic block which this one can be merged with.  This
4765 /// handles cases where we have multiple invokes with unique landing pads, but
4766 /// a shared handler.
4767 ///
4768 /// We specifically choose to not worry about merging non-empty blocks
4769 /// here.  That is a PRE/scheduling problem and is best solved elsewhere.  In
4770 /// practice, the optimizer produces empty landing pad blocks quite frequently
4771 /// when dealing with exception dense code.  (see: instcombine, gvn, if-else
4772 /// sinking in this file)
4773 ///
4774 /// This is primarily a code size optimization.  We need to avoid performing
4775 /// any transform which might inhibit optimization (such as our ability to
4776 /// specialize a particular handler via tail commoning).  We do this by not
4777 /// merging any blocks which require us to introduce a phi.  Since the same
4778 /// values are flowing through both blocks, we don't loose any ability to
4779 /// specialize.  If anything, we make such specialization more likely.
4780 ///
4781 /// TODO - This transformation could remove entries from a phi in the target
4782 /// block when the inputs in the phi are the same for the two blocks being
4783 /// merged.  In some cases, this could result in removal of the PHI entirely.
4784 static bool TryToMergeLandingPad(LandingPadInst *LPad, BranchInst *BI,
4785                                  BasicBlock *BB) {
4786   auto Succ = BB->getUniqueSuccessor();
4787   assert(Succ);
4788   // If there's a phi in the successor block, we'd likely have to introduce
4789   // a phi into the merged landing pad block.
4790   if (isa<PHINode>(*Succ->begin()))
4791     return false;
4792
4793   for (BasicBlock *OtherPred : predecessors(Succ)) {
4794     if (BB == OtherPred)
4795       continue;
4796     BasicBlock::iterator I = OtherPred->begin();
4797     LandingPadInst *LPad2 = dyn_cast<LandingPadInst>(I);
4798     if (!LPad2 || !LPad2->isIdenticalTo(LPad))
4799       continue;
4800     for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I) {}
4801     BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(I);
4802     if (!BI2 || !BI2->isIdenticalTo(BI))
4803       continue;
4804
4805     // We've found an identical block.  Update our predeccessors to take that
4806     // path instead and make ourselves dead.
4807     SmallSet<BasicBlock *, 16> Preds;
4808     Preds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
4809     for (BasicBlock *Pred : Preds) {
4810       InvokeInst *II = cast<InvokeInst>(Pred->getTerminator());
4811       assert(II->getNormalDest() != BB &&
4812              II->getUnwindDest() == BB && "unexpected successor");
4813       II->setUnwindDest(OtherPred);
4814     }
4815
4816     // The debug info in OtherPred doesn't cover the merged control flow that
4817     // used to go through BB.  We need to delete it or update it.
4818     for (auto I = OtherPred->begin(), E = OtherPred->end();
4819          I != E;) {
4820       Instruction &Inst = *I; I++;
4821       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
4822         Inst.eraseFromParent();
4823     }
4824
4825     SmallSet<BasicBlock *, 16> Succs;
4826     Succs.insert(succ_begin(BB), succ_end(BB));
4827     for (BasicBlock *Succ : Succs) {
4828       Succ->removePredecessor(BB);
4829     }
4830
4831     IRBuilder<> Builder(BI);
4832     Builder.CreateUnreachable();
4833     BI->eraseFromParent();
4834     return true;
4835   }
4836   return false;
4837 }
4838
4839 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
4840   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4841
4842   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
4843     return true;
4844
4845   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
4846   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbg()->getIterator();
4847   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
4848       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
4849     return true;
4850
4851   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
4852   // against a constant, try to simplify the block.
4853   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
4854     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
4855       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
4856         ;
4857       if (I->isTerminator() &&
4858           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, DL, TTI,
4859                                                 BonusInstThreshold, AC))
4860         return true;
4861     }
4862
4863   // See if we can merge an empty landing pad block with another which is
4864   // equivalent.
4865   if (LandingPadInst *LPad = dyn_cast<LandingPadInst>(I)) {
4866     for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I) {}
4867     if (I->isTerminator() &&
4868         TryToMergeLandingPad(LPad, BI, BB))
4869       return true;
4870   }
4871
4872   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4873   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
4874   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
4875   // for PHI nodes in common successor.
4876   if (FoldBranchToCommonDest(BI, BonusInstThreshold))
4877     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4878   return false;
4879 }
4880
4881 static BasicBlock *allPredecessorsComeFromSameSource(BasicBlock *BB) {
4882   BasicBlock *PredPred = nullptr;
4883   for (auto *P : predecessors(BB)) {
4884     BasicBlock *PPred = P->getSinglePredecessor();
4885     if (!PPred || (PredPred && PredPred != PPred))
4886       return nullptr;
4887     PredPred = PPred;
4888   }
4889   return PredPred;
4890 }
4891
4892 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
4893   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4894
4895   // Conditional branch
4896   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
4897     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4898     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
4899     // switch.
4900     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4901       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
4902         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4903
4904     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
4905     // Ignore dbg intrinsics.
4906     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
4907     // Ignore dbg intrinsics.
4908     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4909       ++I;
4910     if (&*I == BI) {
4911       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4912         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4913     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4914       ++I;
4915       // Ignore dbg intrinsics.
4916       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4917         ++I;
4918       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4919         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4920     }
4921   }
4922
4923   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4924   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, Builder, DL))
4925     return true;
4926
4927   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4928   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4929   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4930   if (FoldBranchToCommonDest(BI, BonusInstThreshold))
4931     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4932
4933   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4934   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4935   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4936   // can hoist it up to the branching block.
4937   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
4938     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4939       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, TTI))
4940         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4941     } else {
4942       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4943       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
4944       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4945       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4946           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4947         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), TTI))
4948           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4949     }
4950   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4951     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4952     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
4953     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4954     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4955         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4956       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), TTI))
4957         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4958   }
4959
4960   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4961   // through this block if any PHI node entries are constants.
4962   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4963     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4964       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4965         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4966
4967   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4968   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4969     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4970       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4971         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI, DL))
4972           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4973
4974   // Look for diamond patterns.
4975   if (MergeCondStores)
4976     if (BasicBlock *PrevBB = allPredecessorsComeFromSameSource(BB))
4977       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PrevBB->getTerminator()))
4978         if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4979           if (mergeConditionalStores(PBI, BI))
4980             return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4981   
4982   return false;
4983 }
4984
4985 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4986 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4987   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4988   if (!C)
4989     return false;
4990
4991   if (I->use_empty())
4992     return false;
4993
4994   if (C->isNullValue()) {
4995     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4996     User *Use = *I->user_begin();
4997
4998     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4999     // control flow (eg. calls)
5000     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
5001       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
5002         return false;
5003
5004     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
5005     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
5006       if (GEP->getPointerOperand() == I)
5007         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
5008
5009     // Look through bitcasts.
5010     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
5011       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
5012
5013     // Load from null is undefined.
5014     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
5015       if (!LI->isVolatile())
5016         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
5017
5018     // Store to null is undefined.
5019     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
5020       if (!SI->isVolatile())
5021         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
5022   }
5023   return false;
5024 }
5025
5026 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
5027 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
5028 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
5029   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
5030        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
5031     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
5032       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
5033         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
5034         IRBuilder<> Builder(T);
5035         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
5036           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
5037           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
5038           // destination from conditional branches.
5039           if (BI->isUnconditional())
5040             Builder.CreateUnreachable();
5041           else
5042             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
5043                                                          BI->getSuccessor(0));
5044           BI->eraseFromParent();
5045           return true;
5046         }
5047         // TODO: SwitchInst.
5048       }
5049
5050   return false;
5051 }
5052
5053 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
5054   bool Changed = false;
5055
5056   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
5057   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
5058
5059   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
5060   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
5061   if ((pred_empty(BB) &&
5062        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
5063       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
5064     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
5065     DeleteDeadBlock(BB);
5066     return true;
5067   }
5068
5069   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
5070   // away...
5071   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
5072
5073   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
5074   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
5075
5076   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
5077   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
5078
5079   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
5080   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
5081   // if there are no PHI nodes.
5082   //
5083   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
5084     return true;
5085
5086   IRBuilder<> Builder(BB);
5087
5088   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
5089   // eliminate it, do so now.
5090   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
5091     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
5092       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TTI, DL);
5093
5094   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
5095   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
5096     if (BI->isUnconditional()) {
5097       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
5098     } else {
5099       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
5100     }
5101   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
5102     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
5103   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
5104     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
5105   } else if (CleanupReturnInst *RI =
5106                dyn_cast<CleanupReturnInst>(BB->getTerminator())) {
5107     if (SimplifyCleanupReturn(RI)) return true;
5108   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
5109     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
5110   } else if (UnreachableInst *UI =
5111                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
5112     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
5113   } else if (IndirectBrInst *IBI =
5114                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
5115     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
5116   }
5117
5118   return Changed;
5119 }
5120
5121 /// This function is used to do simplification of a CFG.
5122 /// For example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop,
5123 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
5124 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
5125 ///
5126 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
5127                        unsigned BonusInstThreshold, AssumptionCache *AC) {
5128   return SimplifyCFGOpt(TTI, BB->getModule()->getDataLayout(),
5129                         BonusInstThreshold, AC).run(BB);
5130 }