SimplifyCFG: Teach switch generation some patterns that instcombine forms.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.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/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/Constants.h"
26 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
27 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
28 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
29 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
33 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
34 #include "llvm/IR/Metadata.h"
35 #include "llvm/IR/Module.h"
36 #include "llvm/IR/Operator.h"
37 #include "llvm/IR/Type.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
40 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
43 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
44 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include <algorithm>
47 #include <map>
48 #include <set>
49 using namespace llvm;
50 using namespace PatternMatch;
51
52 static cl::opt<unsigned>
53 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
54    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
55
56 static cl::opt<bool>
57 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
58        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
59
60 static cl::opt<bool>
61 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
62        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
63
64 static cl::opt<bool>
65 HoistCondStores("simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
66        cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store preceeds"));
67
68 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
69 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
70 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
71 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
72
73 namespace {
74   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
75   struct ValueEqualityComparisonCase {
76     ConstantInt *Value;
77     BasicBlock *Dest;
78
79     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
80       : Value(Value), Dest(Dest) {}
81
82     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
83       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
84       return Value < RHS.Value;
85     }
86
87     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
88   };
89
90 class SimplifyCFGOpt {
91   const TargetTransformInfo &TTI;
92   const DataLayout *const TD;
93
94   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
95   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
96                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
97   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
98                                                      BasicBlock *Pred,
99                                                      IRBuilder<> &Builder);
100   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
101                                            IRBuilder<> &Builder);
102
103   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
104   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
105   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
106   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
107   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
108   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
109   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
110
111 public:
112   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *TD)
113       : TTI(TTI), TD(TD) {}
114   bool run(BasicBlock *BB);
115 };
116 }
117
118 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
119 /// terminator instructions together.
120 ///
121 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
122   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
123
124   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
125   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
126   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
127   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
128   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
129   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
130
131   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
132     if (SI1Succs.count(*I))
133       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
134            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
135         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
136         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
137             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
138           return false;
139       }
140
141   return true;
142 }
143
144 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
145 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
146 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
147 /// successors.
148 ///
149 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
150                                           BranchInst *SI2,
151                                           Instruction *Cond,
152                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
153   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
154   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
155
156   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
157   // common successors:
158   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
159   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
160   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
161   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
162   if (!Ci2) return false;
163   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
164         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
165       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
166         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
167     return false;
168
169   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
170   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
171   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
172   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
173     if (SI1Succs.count(*I))
174       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
175            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
176         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
177         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
178             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
179           return false;
180         PhiNodes.push_back(PN);
181       }
182   return true;
183 }
184
185 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
186 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
187 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
188 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
189 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
190                                   BasicBlock *ExistPred) {
191   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
192
193   PHINode *PN;
194   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
195        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
196     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
197 }
198
199
200 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
201 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
202 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
203 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
204 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
205 /// be entered if the condition is false.
206 ///
207 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
208 /// instructions in them.
209 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
210                              BasicBlock *&IfFalse) {
211   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
212   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
213          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
214   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
215   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
216
217   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
218   // branches if possible anyway.
219   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
220   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
221   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
222     return 0;
223
224   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
225   // either are.
226   if (Pred2Br->isConditional()) {
227     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
228     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
229     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
230     // probably not profitable.
231     if (Pred1Br->isConditional())
232       return 0;
233
234     std::swap(Pred1, Pred2);
235     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
236   }
237
238   if (Pred1Br->isConditional()) {
239     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
240     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
241     // doesn't dominate BB.
242     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
243       return 0;
244
245     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
246     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
247     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
248         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
249       IfTrue = Pred1;
250       IfFalse = Pred2;
251     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
252                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
253       IfTrue = Pred2;
254       IfFalse = Pred1;
255     } else {
256       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
257       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
258       return 0;
259     }
260
261     return Pred1Br->getCondition();
262   }
263
264   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
265   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
266   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
267   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
268   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
269     return 0;
270
271   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
272   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
273   if (BI == 0) return 0;
274
275   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
276   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
277     IfTrue = Pred1;
278     IfFalse = Pred2;
279   } else {
280     IfTrue = Pred2;
281     IfFalse = Pred1;
282   }
283   return BI->getCondition();
284 }
285
286 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
287 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
288 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
289 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
290   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
291          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
292   switch (Operator::getOpcode(I)) {
293   default:
294     // In doubt, be conservative.
295     return UINT_MAX;
296   case Instruction::GetElementPtr:
297     // GEPs are cheap if all indices are constant.
298     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
299       return UINT_MAX;
300     return 1;
301   case Instruction::Load:
302   case Instruction::Add:
303   case Instruction::Sub:
304   case Instruction::And:
305   case Instruction::Or:
306   case Instruction::Xor:
307   case Instruction::Shl:
308   case Instruction::LShr:
309   case Instruction::AShr:
310   case Instruction::ICmp:
311   case Instruction::Trunc:
312   case Instruction::ZExt:
313   case Instruction::SExt:
314     return 1; // These are all cheap.
315
316   case Instruction::Call:
317   case Instruction::Select:
318     return 2;
319   }
320 }
321
322 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
323 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
324 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
325 /// which works well enough for us.
326 ///
327 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
328 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
329 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
330 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
331 /// set and true is returned.
332 ///
333 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
334 /// Select whose cost is 2.
335 ///
336 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
337 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
338 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
339 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
340                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
341                                 unsigned &CostRemaining) {
342   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
343   if (!I) {
344     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
345     // can be executed unconditionally.
346     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
347       if (C->canTrap())
348         return false;
349     return true;
350   }
351   BasicBlock *PBB = I->getParent();
352
353   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
354   // the bottom of this block.
355   if (PBB == BB) return false;
356
357   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
358   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
359   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
360   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
361   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
362     return true;
363
364   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
365   // instructions in the 'if region'.
366   if (AggressiveInsts == 0) return false;
367
368   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
369   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
370
371   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
372   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
373   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
374   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
375     return false;
376
377   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
378
379   if (Cost > CostRemaining)
380     return false;
381
382   CostRemaining -= Cost;
383
384   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
385   // not take us over the cost threshold.
386   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
387     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
388       return false;
389   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
390   AggressiveInsts->insert(I);
391   return true;
392 }
393
394 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
395 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
396 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
397   // Normal constant int.
398   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
399   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
400     return CI;
401
402   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
403   // ConstantInt if possible.
404   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(TD->getIntPtrType(V->getType()));
405
406   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
407   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
408     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
409
410   // IntToPtr const int.
411   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
412     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
413       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
414         // The constant is very likely to have the right type already.
415         if (CI->getType() == PtrTy)
416           return CI;
417         else
418           return cast<ConstantInt>
419             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
420       }
421   return 0;
422 }
423
424 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
425 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
426 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
427 /// Values vector.
428 static Value *
429 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
430                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
431   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
432   if (I == 0) return 0;
433
434   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
435   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
436     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
437       Value *RHSVal;
438       ConstantInt *RHSC;
439
440       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
441         // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
442         // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
443         if (match(ICI->getOperand(0),
444                   m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
445           APInt Not = ~RHSC->getValue();
446           if (Not.isPowerOf2()) {
447             Vals.push_back(C);
448             Vals.push_back(
449                 ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue() | Not));
450             UsedICmps++;
451             return RHSVal;
452           }
453         }
454
455         UsedICmps++;
456         Vals.push_back(C);
457         return I->getOperand(0);
458       }
459
460       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
461       // the set.
462       ConstantRange Span =
463         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
464
465       // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
466       // compare idiom as emitted by instcombine.
467       bool hasAdd =
468           match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)));
469       if (hasAdd)
470         Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
471
472       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
473       // x != 0 && x != 1.
474       if (!isEQ)
475         Span = Span.inverse();
476
477       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
478       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
479         return 0;
480
481       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
482         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
483       UsedICmps++;
484       return hasAdd ? RHSVal : I->getOperand(0);
485     }
486     return 0;
487   }
488
489   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
490   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
491     return 0;
492
493   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
494   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
495   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
496                                           isEQ, UsedICmps)) {
497     unsigned NumVals = Vals.size();
498     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
499     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
500                                             isEQ, UsedICmps)) {
501       if (LHS == RHS)
502         return LHS;
503       Vals.resize(NumVals);
504       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
505     }
506
507     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
508     // set it and return success.
509     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
510       Extra = I->getOperand(1);
511       return LHS;
512     }
513
514     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
515     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
516     return 0;
517   }
518
519   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
520   // use LHS as Extra.
521   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
522     Value *OldExtra = Extra;
523     Extra = I->getOperand(0);
524     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
525                                             isEQ, UsedICmps))
526       return RHS;
527     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
528     Extra = OldExtra;
529   }
530
531   return 0;
532 }
533
534 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
535   Instruction *Cond = 0;
536   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
537     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
538   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
539     if (BI->isConditional())
540       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
541   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
542     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
543   }
544
545   TI->eraseFromParent();
546   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
547 }
548
549 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
550 /// to see if a value is equal to constant integer value.
551 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
552   Value *CV = 0;
553   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
554     // Do not permit merging of large switch instructions into their
555     // predecessors unless there is only one predecessor.
556     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
557                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
558       CV = SI->getCondition();
559   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
560     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
561       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
562         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
563           CV = ICI->getOperand(0);
564
565   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
566   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
567     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
568       CV = PTII->getOperand(0);
569   return CV;
570 }
571
572 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
573 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
574 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
575 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
576                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
577                                                                        &Cases) {
578   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
579     Cases.reserve(SI->getNumCases());
580     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
581       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
582                                                   i.getCaseSuccessor()));
583     return SI->getDefaultDest();
584   }
585
586   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
587   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
588   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
589   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
590                                                              TD),
591                                               Succ));
592   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
593 }
594
595
596 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
597 /// in the list that match the specified block.
598 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
599                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
600   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
601 }
602
603 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
604 /// well.
605 static bool
606 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
607               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
608   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
609
610   // Make V1 be smaller than V2.
611   if (V1->size() > V2->size())
612     std::swap(V1, V2);
613
614   if (V1->size() == 0) return false;
615   if (V1->size() == 1) {
616     // Just scan V2.
617     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
618     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
619       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
620         return true;
621   }
622
623   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
624   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
625   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
626   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
627   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
628     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
629       return true;
630     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
631       ++i1;
632     else
633       ++i2;
634   }
635   return false;
636 }
637
638 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
639 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
640 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
641 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
642 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
643 /// form of jump threading.
644 bool SimplifyCFGOpt::
645 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
646                                               BasicBlock *Pred,
647                                               IRBuilder<> &Builder) {
648   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
649   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
650
651   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
652   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
653   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
654
655   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
656   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
657
658   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
659   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
660   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
661                                                         PredCases);
662   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
663
664   // Find information about how control leaves this block.
665   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
666   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
667   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
668
669   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
670   // simplify TI based on this knowledge.
671   if (PredDef == TI->getParent()) {
672     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
673     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
674     // can simplify TI.
675     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
676       return false;
677
678     if (isa<BranchInst>(TI)) {
679       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
680       // uncond br.
681       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
682       // Insert the new branch.
683       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
684       (void) NI;
685
686       // Remove PHI node entries for the dead edge.
687       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
688
689       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
690            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
691
692       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
693       return true;
694     }
695
696     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
697     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
698     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
699     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
700       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
701
702     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
703                  << "Through successor TI: " << *TI);
704
705     // Collect branch weights into a vector.
706     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
707     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
708     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
709     if (HasWeight)
710       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
711            ++MD_i) {
712         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
713         assert(CI);
714         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
715       }
716     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
717       --i;
718       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
719         if (HasWeight) {
720           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
721           Weights.pop_back();
722         }
723         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
724         SI->removeCase(i);
725       }
726     }
727     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
728       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
729                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
730                       createBranchWeights(Weights));
731
732     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
733     return true;
734   }
735
736   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
737   // which value (or set of values) this is.
738   ConstantInt *TIV = 0;
739   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
740   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
741     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
742       if (TIV != 0)
743         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
744       TIV = PredCases[i].Value;
745     }
746   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
747
748   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
749   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
750   BasicBlock *TheRealDest = 0;
751   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
752     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
753       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
754       break;
755     }
756
757   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
758   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
759
760   // Remove PHI node entries for dead edges.
761   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
762   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
763     if (*SI != CheckEdge)
764       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
765     else
766       CheckEdge = 0;
767
768   // Insert the new branch.
769   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
770   (void) NI;
771
772   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
773             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
774
775   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
776   return true;
777 }
778
779 namespace {
780   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
781   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
782   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
783   struct ConstantIntOrdering {
784     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
785       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
786     }
787   };
788 }
789
790 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
791   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
792   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
793   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
794     return 1;
795   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
796     return 0;
797   return -1;
798 }
799
800 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
801   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
802   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
803     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
804       return MDS->getString().equals("branch_weights");
805
806   return false;
807 }
808
809 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
810 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
811 /// metadata.
812 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
813                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
814   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
815   assert(MD);
816   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
817     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
818     assert(CI);
819     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
820   }
821
822   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
823   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
824   // default weight to be the first entry.
825   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
826     assert(Weights.size() == 2);
827     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
828     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
829       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
830   }
831 }
832
833 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
834 /// weights if any are.
835 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
836   bool Halve = false;
837   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
838     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
839       Halve = true;
840       break;
841     }
842
843   if (! Halve)
844     return;
845
846   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
847     Weights[i] /= 2;
848 }
849
850 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
851 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
852 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
853 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
854 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
855                                                          IRBuilder<> &Builder) {
856   BasicBlock *BB = TI->getParent();
857   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
858   assert(CV && "Not a comparison?");
859   bool Changed = false;
860
861   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
862   while (!Preds.empty()) {
863     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
864
865     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
866     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
867     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
868
869     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
870       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
871       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
872       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
873
874       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
875       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
876
877       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
878       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
879       // build.
880       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
881
882       // Update the branch weight metadata along the way
883       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
884       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
885       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
886
887       if (PredHasWeights) {
888         GetBranchWeights(PTI, Weights);
889         // branch-weight metadata is inconsistent here.
890         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
891           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
892       } else if (SuccHasWeights)
893         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
894         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
895         // successor's weights
896         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
897
898       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
899       if (SuccHasWeights) {
900         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
901         // branch-weight metadata is inconsistent here.
902         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
903           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
904       } else if (PredHasWeights)
905         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
906
907       if (PredDefault == BB) {
908         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
909         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
910         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
911         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
912           if (PredCases[i].Dest != BB)
913             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
914           else {
915             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
916             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
917
918             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
919               // Increase weight for the default case.
920               Weights[0] += Weights[i+1];
921               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
922               Weights.pop_back();
923             }
924
925             PredCases.pop_back();
926             --i; --e;
927           }
928
929         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
930         if (PredDefault != BBDefault) {
931           PredDefault->removePredecessor(Pred);
932           PredDefault = BBDefault;
933           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
934         }
935
936         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
937         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
938         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
939           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
940               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
941             PredCases.push_back(BBCases[i]);
942             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
943             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
944               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
945               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
946               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
947               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
948               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
949             }
950           }
951
952         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
953           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
954           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
955           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
956             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
957           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
958           Weights[0] *= SuccWeights[0];
959         }
960       } else {
961         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
962         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
963         // activated.
964         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
965         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
966         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
967           if (PredCases[i].Dest == BB) {
968             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
969
970             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
971               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
972               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
973               Weights.pop_back();
974             }
975
976             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
977             PredCases.pop_back();
978             --i; --e;
979           }
980
981         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
982         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
983         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
984           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
985             // If this is one we are capable of getting...
986             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
987               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
988             PredCases.push_back(BBCases[i]);
989             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
990             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
991           }
992
993         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
994         // they must go to the default destination of TI.
995         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
996                                     PTIHandled.begin(),
997                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
998           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
999             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
1000           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
1001           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
1002         }
1003       }
1004
1005       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
1006       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
1007       // successors.
1008       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
1009         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
1010
1011       Builder.SetInsertPoint(PTI);
1012       // Convert pointer to int before we switch.
1013       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
1014         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
1015         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
1016                                     "magicptr");
1017       }
1018
1019       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
1020       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
1021                                                PredCases.size());
1022       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
1023       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
1024         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
1025
1026       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1027         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1028         FitWeights(Weights);
1029
1030         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1031
1032         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1033                            MDBuilder(BB->getContext()).
1034                            createBranchWeights(MDWeights));
1035       }
1036
1037       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1038
1039       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1040       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1041       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1042       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
1043       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1044         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1045           if (InfLoopBlock == 0) {
1046             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1047             // or it won't matter if it's hot. :)
1048             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1049                                               "infloop", BB->getParent());
1050             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1051           }
1052           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1053         }
1054
1055       Changed = true;
1056     }
1057   }
1058   return Changed;
1059 }
1060
1061 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1062 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1063 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1064 // to put the select in this case.
1065 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1066                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1067   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1068     PHINode *PN;
1069     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1070          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1071       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1072       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1073       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1074         return false;
1075       }
1076     }
1077   }
1078   return true;
1079 }
1080
1081 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1082 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1083 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1084 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1085   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1086   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1087   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1088   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1089   // identical order.
1090   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1091   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1092
1093   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1094   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1095
1096   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1097   // Skip debug info if it is not identical.
1098   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1099   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1100   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1101     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1102       I1 = BB1_Itr++;
1103     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1104       I2 = BB2_Itr++;
1105   }
1106   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1107       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1108     return false;
1109
1110   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1111
1112   bool Changed = false;
1113   do {
1114     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1115     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1116     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1117       goto HoistTerminator;
1118
1119     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1120     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1121     // the now redundant second instruction.
1122     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1123     if (!I2->use_empty())
1124       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1125     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1126     I2->eraseFromParent();
1127     Changed = true;
1128
1129     I1 = BB1_Itr++;
1130     I2 = BB2_Itr++;
1131     // Skip debug info if it is not identical.
1132     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1133     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1134     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1135       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1136         I1 = BB1_Itr++;
1137       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1138         I2 = BB2_Itr++;
1139     }
1140   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1141
1142   return true;
1143
1144 HoistTerminator:
1145   // It may not be possible to hoist an invoke.
1146   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1147     return Changed;
1148
1149   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1150     PHINode *PN;
1151     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1152          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1153       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1154       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1155       if (BB1V == BB2V)
1156         continue;
1157
1158       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V))
1159         return Changed;
1160       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V))
1161         return Changed;
1162     }
1163   }
1164
1165   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1166   Instruction *NT = I1->clone();
1167   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1168   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1169     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1170     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1171     NT->takeName(I1);
1172   }
1173
1174   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1175   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1176   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1177   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1178   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1179   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1180   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1181     PHINode *PN;
1182     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1183          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1184       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1185       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1186       if (BB1V == BB2V) continue;
1187
1188       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1189       // that determines the right value.
1190       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1191       if (SI == 0)
1192         SI = cast<SelectInst>
1193           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1194                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1195
1196       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1197       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1198         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1199           PN->setIncomingValue(i, SI);
1200     }
1201   }
1202
1203   // Update any PHI nodes in our new successors.
1204   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1205     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1206
1207   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1208   return true;
1209 }
1210
1211 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1212 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1213 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1214 /// in the two predecessors to BBEnd.
1215 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1216   assert(BI1->isUnconditional());
1217   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1218   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1219
1220   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1221   // an unconditional branch.
1222   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1223   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1224   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1225     return false;
1226   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1227   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1228     return false;
1229   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1230   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1231   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1232     return false;
1233
1234   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1235   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1236   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1237   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1238        I != E; ++I) {
1239     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1240       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1241       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1242       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1243     } else {
1244       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1245       break;
1246     }
1247   }
1248   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1249     return false;
1250
1251
1252   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1253   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1254   // instructions in an identical order.
1255   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1256       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1257       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1258   // Skip debug info.
1259   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1260   if (RI1 == RE1)
1261     return false;
1262   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1263   if (RI2 == RE2)
1264     return false;
1265   // Skip the unconditional branches.
1266   ++RI1;
1267   ++RI2;
1268
1269   bool Changed = false;
1270   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1271     // Skip debug info.
1272     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1273     if (RI1 == RE1)
1274       return Changed;
1275     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1276     if (RI2 == RE2)
1277       return Changed;
1278
1279     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1280     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1281     // perform the same operation.
1282     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1283     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1284         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1285         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1286         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1287         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1288         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1289         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1290         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1291         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1292       return Changed;
1293
1294     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1295     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1296     bool SwapOpnds = false;
1297     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1298         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1299         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1300         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1301          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1302       ICmp2->swapOperands();
1303       SwapOpnds = true;
1304     }
1305     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1306       if (SwapOpnds)
1307         ICmp2->swapOperands();
1308       return Changed;
1309     }
1310
1311     // The operands should be either the same or they need to be generated
1312     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1313     // a single pair of different operands.
1314     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1315     unsigned Op1Idx = 0;
1316     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1317       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1318         continue;
1319       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1320       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1321       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1322       if (DifferentOp1 ||
1323           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1324           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1325           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1326           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1327         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1328         if (SwapOpnds)
1329           ICmp2->swapOperands();
1330         return Changed;
1331       }
1332       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1333       Op1Idx = I;
1334       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1335     }
1336
1337     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1338     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1339     if (DifferentOp1) {
1340       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1341                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1342                                        BBEnd->begin());
1343       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1344       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1345       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1346       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1347       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1348       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1349     }
1350     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1351     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1352
1353     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1354     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1355     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1356     // instruction in the basic block down.
1357     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1358     // Sink the instruction.
1359     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1360     if (!OldPN->use_empty())
1361       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1362     OldPN->eraseFromParent();
1363
1364     if (!I2->use_empty())
1365       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1366     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1367     I2->eraseFromParent();
1368
1369     if (UpdateRE1)
1370       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1371     if (UpdateRE2)
1372       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1373     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1374     NumSinkCommons++;
1375     Changed = true;
1376   }
1377   return Changed;
1378 }
1379
1380 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1381 /// conditional block.
1382 ///
1383 /// We are looking for code like the following:
1384 ///   BrBB:
1385 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1386 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1387 ///     ... // function).
1388 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1389 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1390 ///   ThenBB:
1391 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1392 ///     br label EndBB
1393 ///   EndBB:
1394 ///     ...
1395 ///   We are going to transform this into:
1396 ///   BrBB:
1397 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1398 ///     ... //
1399 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1400 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1401 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1402 ///     ...
1403 ///
1404 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1405 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1406 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1407                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1408   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1409   if (!StoreToHoist)
1410     return 0;
1411
1412   // Volatile or atomic.
1413   if (!StoreToHoist->isSimple())
1414     return 0;
1415
1416   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1417
1418   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1419   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1420   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1421        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1422     Instruction *CurI = &*RI;
1423
1424     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1425     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1426       return 0;
1427
1428     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1429     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1430     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1431       // Found the previous store, return its value operand.
1432       return SI->getValueOperand();
1433     else if (SI)
1434       return 0; // Unknown store.
1435   }
1436
1437   return 0;
1438 }
1439
1440 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1441 ///
1442 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1443 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1444 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1445 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1446 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1447 ///
1448 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1449 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1450 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1451 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1452 ///
1453 ///
1454 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1455 /// \code
1456 ///   BB:
1457 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1458 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1459 ///   ThenBB:
1460 ///     %sub = sub %x, %y
1461 ///     br label BB2
1462 ///   EndBB:
1463 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1464 ///     ...
1465 /// \endcode
1466 ///
1467 /// Into this IR:
1468 /// \code
1469 ///   BB:
1470 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1471 ///     %sub = sub %x, %y
1472 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1473 ///     ...
1474 /// \endcode
1475 ///
1476 /// \returns true if the conditional block is removed.
1477 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB) {
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 = 0;
1504   StoreInst *SpeculatedStore = 0;
1505   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1506                             BBE = llvm::prior(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 execution 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 &&
1522           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1523                                                          EndBB))))
1524       return false;
1525     if (!SpeculatedStoreValue &&
1526         ComputeSpeculationCost(I) > PHINodeFoldingThreshold)
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     HaveRewritablePHIs = true;
1572     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1573     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1574     if (!OrigCE && !ThenCE)
1575       continue; // Known safe and cheap.
1576
1577     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE)) ||
1578         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE)))
1579       return false;
1580     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE) : 0;
1581     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE) : 0;
1582     if (OrigCost + ThenCost > 2 * PHINodeFoldingThreshold)
1583       return false;
1584
1585     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1586     // getting expanded into Instructions.
1587     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1588     // constant expression.
1589     ++SpeculationCost;
1590     if (SpeculationCost > 1)
1591       return false;
1592   }
1593
1594   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1595   // as well.
1596   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1597     return false;
1598
1599   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1600   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1601
1602   // Insert a select of the value of the speculated store.
1603   if (SpeculatedStoreValue) {
1604     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1605     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1606     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1607     if (Invert)
1608       std::swap(TrueV, FalseV);
1609     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1610                                     "." + FalseV->getName());
1611     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1612   }
1613
1614   // Hoist the instructions.
1615   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1616                            llvm::prior(ThenBB->end()));
1617
1618   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1619   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1620   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1621        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1622     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1623     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1624     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1625     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1626
1627     // Skip PHIs which are trivial.
1628     if (OrigV == ThenV)
1629       continue;
1630
1631     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1632     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1633     // destinations were inverted.
1634     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1635     if (Invert)
1636       std::swap(TrueV, FalseV);
1637     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1638                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1639     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1640     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1641   }
1642
1643   ++NumSpeculations;
1644   return true;
1645 }
1646
1647 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1648 /// across this block.
1649 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1650   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1651   unsigned Size = 0;
1652
1653   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1654     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1655       continue;
1656     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1657     ++Size;
1658
1659     // We can only support instructions that do not define values that are
1660     // live outside of the current basic block.
1661     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1662          UI != E; ++UI) {
1663       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1664       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1665     }
1666
1667     // Looks ok, continue checking.
1668   }
1669
1670   return true;
1671 }
1672
1673 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1674 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1675 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1676 /// ultimate destination.
1677 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1678   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1679   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1680   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1681   // outside of the block.
1682   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1683     return false;
1684
1685   // Degenerate case of a single entry PHI.
1686   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1687     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1688     return true;
1689   }
1690
1691   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1692   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1693
1694   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1695   // constants.
1696   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1697     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1698     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1699
1700     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1701     // branch to RealDest.
1702     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1703     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1704
1705     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1706     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1707     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1708
1709     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1710     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1711     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1712     // the edge we are about to create.
1713     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1714                                             RealDest->getName()+".critedge",
1715                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1716     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1717
1718     // Update PHI nodes.
1719     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1720
1721     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1722     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1723     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1724     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1725     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1726     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1727       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1728         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1729         continue;
1730       }
1731       // Clone the instruction.
1732       Instruction *N = BBI->clone();
1733       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1734
1735       // Update operands due to translation.
1736       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1737            i != e; ++i) {
1738         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1739         if (PI != TranslateMap.end())
1740           *i = PI->second;
1741       }
1742
1743       // Check for trivial simplification.
1744       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1745         TranslateMap[BBI] = V;
1746         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1747       } else {
1748         // Insert the new instruction into its new home.
1749         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1750         if (!BBI->use_empty())
1751           TranslateMap[BBI] = N;
1752       }
1753     }
1754
1755     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1756     // to EdgeBB instead.
1757     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1758     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1759       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1760         BB->removePredecessor(PredBB);
1761         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1762       }
1763
1764     // Recurse, simplifying any other constants.
1765     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1766   }
1767
1768   return false;
1769 }
1770
1771 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1772 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1773 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1774   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1775   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1776   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1777   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1778   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1779   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1780   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1781   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1782   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1783   if (!IfCond ||
1784       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1785       isa<ConstantInt>(IfCond))
1786     return false;
1787
1788   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1789   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1790   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1791   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1792   // fewer PHI nodes in this block.
1793   unsigned NumPhis = 0;
1794   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1795     if (NumPhis > 2)
1796       return false;
1797
1798   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1799   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1800   // that need to be moved to the dominating block.
1801   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1802   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1803            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1804
1805   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1806     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1807     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1808       PN->replaceAllUsesWith(V);
1809       PN->eraseFromParent();
1810       continue;
1811     }
1812
1813     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1814                              MaxCostVal0) ||
1815         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1816                              MaxCostVal1))
1817       return false;
1818   }
1819
1820   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1821   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1822   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1823   if (PN == 0) return true;
1824
1825   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1826   // often be turned into switches and other things.
1827   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1828       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1829        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1830        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1831     return false;
1832
1833   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1834   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1835   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1836   // worth promoting to select instructions.
1837   BasicBlock *DomBlock = 0;
1838   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1839   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1840   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1841     IfBlock1 = 0;
1842   } else {
1843     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1844     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1845       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1846         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1847         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1848         // flow, so the xform is not worth it.
1849         return false;
1850       }
1851   }
1852
1853   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1854     IfBlock2 = 0;
1855   } else {
1856     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1857     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1858       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1859         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1860         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1861         // flow, so the xform is not worth it.
1862         return false;
1863       }
1864   }
1865
1866   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1867                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1868
1869   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1870   // do all of the PHI's now.
1871   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1872   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1873
1874   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1875   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1876   if (IfBlock1)
1877     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1878                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1879                                    IfBlock1->getTerminator());
1880   if (IfBlock2)
1881     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1882                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1883                                    IfBlock2->getTerminator());
1884
1885   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1886     // Change the PHI node into a select instruction.
1887     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1888     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1889
1890     SelectInst *NV =
1891       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1892     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1893     NV->takeName(PN);
1894     PN->eraseFromParent();
1895   }
1896
1897   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1898   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1899   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1900   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1901   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1902   Builder.CreateBr(BB);
1903   OldTI->eraseFromParent();
1904   return true;
1905 }
1906
1907 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1908 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1909 /// introducing a select if the return values disagree.
1910 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1911                                            IRBuilder<> &Builder) {
1912   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1913   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1914   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1915   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1916   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1917
1918   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1919   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1920   // computation on one path or the other.
1921   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1922     return false;
1923   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1924     return false;
1925
1926   Builder.SetInsertPoint(BI);
1927   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1928   // there is no return value for this function, just change the
1929   // branch into a return.
1930   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1931     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1932     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1933     Builder.CreateRetVoid();
1934     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1935     return true;
1936   }
1937
1938   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1939   // so we can insert a new select instruction.
1940   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1941   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1942
1943   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1944   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1945     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1946       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1947   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1948     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1949       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1950
1951   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1952   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1953   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1954   // constant expression that prevents this transformation from being
1955   // safe.
1956   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1957     if (TCV->canTrap())
1958       return false;
1959   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1960     if (FCV->canTrap())
1961       return false;
1962
1963   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1964   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1965   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1966   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1967
1968   // Insert select instructions where needed.
1969   Value *BrCond = BI->getCondition();
1970   if (TrueValue) {
1971     // Insert a select if the results differ.
1972     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1973     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1974       TrueValue = FalseValue;
1975     } else {
1976       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1977                                        FalseValue, "retval");
1978     }
1979   }
1980
1981   Value *RI = !TrueValue ?
1982     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1983
1984   (void) RI;
1985
1986   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1987                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1988                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1989
1990   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1991
1992   return true;
1993 }
1994
1995 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1996 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1997 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1998 /// found.
1999 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
2000                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
2001   assert(BI->isConditional() &&
2002          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
2003   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
2004   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
2005   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
2006   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
2007   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
2008   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
2009   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
2010   return true;
2011 }
2012
2013 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
2014 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
2015 ///
2016 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
2017   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
2018     return false;
2019   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
2020     Instruction *PBI = &*I;
2021     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
2022     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
2023       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
2024       Inst->eraseFromParent();
2025       return true;
2026     }
2027   }
2028   return false;
2029 }
2030
2031 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
2032 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
2033 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
2034 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
2035   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2036
2037   Instruction *Cond = 0;
2038   if (BI->isConditional())
2039     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2040   else {
2041     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2042     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2043     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2044     // predecessor.
2045     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2046       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2047         if (PBI->isConditional() &&
2048             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2049              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2050           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2051                I != E; ) {
2052             Instruction *Curr = I++;
2053             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2054               Cond = Curr;
2055               break;
2056             }
2057             // Quit if we can't remove this instruction.
2058             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2059               return false;
2060           }
2061         }
2062
2063     if (Cond == 0)
2064       return false;
2065   }
2066
2067   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2068     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2069   return false;
2070
2071   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
2072   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
2073   // must be at the front of the block.
2074   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
2075
2076   // Ignore dbg intrinsics.
2077   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2078
2079   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
2080   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
2081   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
2082   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
2083   Instruction *BonusInst = 0;
2084   if (&*FrontIt != Cond &&
2085       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
2086       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
2087     BonusInst = &*FrontIt;
2088     ++FrontIt;
2089
2090     // Ignore dbg intrinsics.
2091     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2092   }
2093
2094   // Only a single bonus inst is allowed.
2095   if (&*FrontIt != Cond)
2096     return false;
2097
2098   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2099   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2100
2101   // Ingore dbg intrinsics.
2102   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2103
2104   if (&*CondIt != BI)
2105     return false;
2106
2107   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2108   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2109   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2110     if (CE->canTrap())
2111       return false;
2112   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2113     if (CE->canTrap())
2114       return false;
2115
2116   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2117   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2118   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
2119   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2120     return false;
2121
2122   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2123     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2124     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2125
2126     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2127     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2128     // blocks.
2129     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2130     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
2131         (BI->isConditional() &&
2132          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2133         (!BI->isConditional() &&
2134          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2135       continue;
2136
2137     // Determine if the two branches share a common destination.
2138     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2139     bool InvertPredCond = false;
2140
2141     if (BI->isConditional()) {
2142       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2143         Opc = Instruction::Or;
2144       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2145         Opc = Instruction::And;
2146       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2147         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2148       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2149         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2150       else
2151         continue;
2152     } else {
2153       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2154         continue;
2155     }
2156
2157     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2158     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2159     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2160     // out-of-order core by speculating them earlier.
2161     if (BonusInst) {
2162       // Collect the values used by the bonus inst
2163       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2164       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2165            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2166         Value *V = *OI;
2167         if (!isa<Constant>(V))
2168           UsedValues.insert(V);
2169       }
2170
2171       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2172       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2173
2174       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2175       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2176       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2177       while (!Worklist.empty()) {
2178         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2179         Worklist.pop_back();
2180
2181         if (Pair.second >= 4) continue;
2182         UsedValues.erase(Pair.first);
2183         if (UsedValues.empty()) break;
2184
2185         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2186           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2187                OI != OE; ++OI)
2188             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2189         }
2190       }
2191
2192       if (!UsedValues.empty()) return false;
2193     }
2194
2195     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2196     IRBuilder<> Builder(PBI);
2197
2198     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2199     if (InvertPredCond) {
2200       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2201
2202       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2203         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2204         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2205       } else {
2206         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2207                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2208       }
2209
2210       PBI->setCondition(NewCond);
2211       PBI->swapSuccessors();
2212     }
2213
2214     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2215     Instruction *NewBonus = 0;
2216     if (BonusInst) {
2217       NewBonus = BonusInst->clone();
2218       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2219       NewBonus->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     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2227     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2228     New->takeName(Cond);
2229     Cond->setName(New->getName()+".old");
2230
2231     if (BI->isConditional()) {
2232       Instruction *NewCond =
2233         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2234                                             New, "or.cond"));
2235       PBI->setCondition(NewCond);
2236
2237       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2238       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2239                                                   PredFalseWeight);
2240       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2241                                                   SuccFalseWeight);
2242       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2243
2244       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2245         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2246           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2247           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2248           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2249           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2250           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2251           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2252           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2253           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2254           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2255                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2256         }
2257         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2258         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2259       }
2260       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2261         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2262           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2263           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2264           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2265           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2266           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2267               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2268           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2269           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2270         }
2271         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2272         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2273       }
2274       if (NewWeights.size() == 2) {
2275         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2276         FitWeights(NewWeights);
2277
2278         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2279         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2280                          MDBuilder(BI->getContext()).
2281                          createBranchWeights(MDWeights));
2282       } else
2283         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2284     } else {
2285       // Update PHI nodes in the common successors.
2286       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2287         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2288           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2289         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2290         Instruction *MergedCond = 0;
2291         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2292           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2293           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2294           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2295           Instruction *NotCond =
2296             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2297                                 "not.cond"));
2298           MergedCond =
2299             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2300                                 NotCond, New,
2301                                 "and.cond"));
2302           if (PBI_C->isOne())
2303             MergedCond =
2304               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2305                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2306                                   "or.cond"));
2307         } else {
2308           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2309           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2310           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2311           MergedCond =
2312             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2313                                 PBI->getCondition(), New,
2314                                 "and.cond"));
2315           if (PBI_C->isOne()) {
2316             Instruction *NotCond =
2317               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2318                                   "not.cond"));
2319             MergedCond =
2320               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2321                                   NotCond, MergedCond,
2322                                   "or.cond"));
2323           }
2324         }
2325         // Update PHI Node.
2326         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2327                                   MergedCond);
2328       }
2329       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2330       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2331       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2332       PBI = New_PBI;
2333     }
2334
2335     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2336     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2337
2338     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2339     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2340       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2341         I->clone()->insertBefore(PBI);
2342
2343     return true;
2344   }
2345   return false;
2346 }
2347
2348 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2349 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2350 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2351 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2352 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2353   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2354   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2355
2356   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2357   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2358   // this conditional branch redundant.
2359   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2360       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2361     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2362     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2363     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2364       // Turn this into a branch on constant.
2365       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2366       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2367                                         CondIsTrue));
2368       return true;  // Nuke the branch on constant.
2369     }
2370
2371     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2372     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2373     // simplifycfg will thread the block.
2374     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2375       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2376       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2377                                        std::distance(PB, PE),
2378                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2379                                        BB->begin());
2380       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2381       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2382       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2383       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2384         BasicBlock *P = *PI;
2385         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2386             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2387             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2388             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2389           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2390           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2391                                               CondIsTrue), P);
2392         } else {
2393           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2394         }
2395       }
2396
2397       BI->setCondition(NewPN);
2398       return true;
2399     }
2400   }
2401
2402   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2403   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2404   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2405   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2406   // Ignore dbg intrinsics.
2407   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2408     ++BBI;
2409   if (&*BBI != BI)
2410     return false;
2411
2412
2413   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2414     if (CE->canTrap())
2415       return false;
2416
2417   int PBIOp, BIOp;
2418   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2419     PBIOp = BIOp = 0;
2420   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2421     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2422   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2423     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2424   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2425     PBIOp = BIOp = 1;
2426   else
2427     return false;
2428
2429   // Check to make sure that the other destination of this branch
2430   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2431   // keep getting unwound.
2432   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2433     return false;
2434
2435   // Do not perform this transformation if it would require
2436   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2437   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2438   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2439
2440   unsigned NumPhis = 0;
2441   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2442        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2443     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2444       return false;
2445
2446   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2447   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2448
2449   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2450                << "AND: " << *BI->getParent());
2451
2452
2453   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2454   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2455   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2456   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2457   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2458   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2459   // infinite loop with no cond branch.
2460   if (OtherDest == BB) {
2461     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2462     // or it won't matter if it's hot. :)
2463     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2464                                                   "infloop", BB->getParent());
2465     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2466     OtherDest = InfLoopBlock;
2467   }
2468
2469   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2470
2471   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2472   // it alone, but modify PBI.
2473
2474   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2475   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2476   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2477   if (PBIOp)
2478     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2479
2480   Value *BICond = BI->getCondition();
2481   if (BIOp)
2482     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2483
2484   // Merge the conditions.
2485   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2486
2487   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2488   PBI->setCondition(Cond);
2489   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2490   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2491
2492   // Update branch weight for PBI.
2493   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2494   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2495                                               PredFalseWeight);
2496   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2497                                               SuccFalseWeight);
2498   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2499     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2500     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2501     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2502     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2503     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2504     //                                    PredOther * SuccCommon.
2505     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2506     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2507     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2508                          PredOther * SuccCommon);
2509     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2510     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2511     FitWeights(NewWeights);
2512
2513     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2514     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2515                      MDBuilder(BI->getContext()).
2516                      createBranchWeights(MDWeights));
2517   }
2518
2519   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2520   // block that are identical to the entries for BI's block.
2521   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2522
2523   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2524   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2525   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2526   // them agree.
2527   PHINode *PN;
2528   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2529        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2530     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2531     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2532     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2533     if (BIV != PBIV) {
2534       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2535       Value *NV = cast<SelectInst>
2536         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2537       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2538     }
2539   }
2540
2541   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2542   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2543
2544   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2545   // one fewer predecessor.
2546   return true;
2547 }
2548
2549 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2550 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2551 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2552 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2553 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2554 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2555                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2556                                        uint32_t TrueWeight,
2557                                        uint32_t FalseWeight){
2558   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2559   // First, figure out which successors to preserve.
2560   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2561   // successor.
2562   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2563   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2564
2565   // Then remove the rest.
2566   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2567     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2568     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2569     if (Succ == KeepEdge1)
2570       KeepEdge1 = 0;
2571     else if (Succ == KeepEdge2)
2572       KeepEdge2 = 0;
2573     else
2574       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2575   }
2576
2577   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2578   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2579
2580   // Insert an appropriate new terminator.
2581   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2582     if (TrueBB == FalseBB)
2583       // We were only looking for one successor, and it was present.
2584       // Create an unconditional branch to it.
2585       Builder.CreateBr(TrueBB);
2586     else {
2587       // We found both of the successors we were looking for.
2588       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2589       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2590       if (TrueWeight != FalseWeight)
2591         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2592                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2593                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2594     }
2595   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2596     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2597     // terminator must be unreachable.
2598     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2599   } else {
2600     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2601     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2602     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2603     if (KeepEdge1 == 0)
2604       // Only TrueBB was found.
2605       Builder.CreateBr(TrueBB);
2606     else
2607       // Only FalseBB was found.
2608       Builder.CreateBr(FalseBB);
2609   }
2610
2611   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2612   return true;
2613 }
2614
2615 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2616 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2617 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2618 // unconditional otherwise.
2619 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2620   // Check for constant integer values in the select.
2621   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2622   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2623   if (!TrueVal || !FalseVal)
2624     return false;
2625
2626   // Find the relevant condition and destinations.
2627   Value *Condition = Select->getCondition();
2628   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2629   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2630
2631   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2632   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2633   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2634   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2635   if (HasWeights) {
2636     GetBranchWeights(SI, Weights);
2637     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2638       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2639                                      getSuccessorIndex()];
2640       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2641                                       getSuccessorIndex()];
2642     }
2643   }
2644
2645   // Perform the actual simplification.
2646   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2647                                     TrueWeight, FalseWeight);
2648 }
2649
2650 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2651 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2652 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2653 // with
2654 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2655 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2656   // Check that both operands of the select are block addresses.
2657   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2658   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2659   if (!TBA || !FBA)
2660     return false;
2661
2662   // Extract the actual blocks.
2663   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2664   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2665
2666   // Perform the actual simplification.
2667   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2668                                     0, 0);
2669 }
2670
2671 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2672 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2673 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2674 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2675 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2676 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2677 /// like:
2678 ///
2679 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2680 /// DEFAULT:
2681 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2682 ///   br label %end
2683 /// end:
2684 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2685 ///
2686 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2687 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2688 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2689     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2690     const DataLayout *TD) {
2691   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2692
2693   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2694   // complex.
2695   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2696
2697   Value *V = ICI->getOperand(0);
2698   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2699
2700   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2701   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2702   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2703   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2704   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2705
2706   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2707   if (SI->getCondition() != V)
2708     return false;
2709
2710   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2711   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2712   // away.
2713   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2714     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2715     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2716     ICI->setOperand(0, VVal);
2717
2718     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2719       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2720       ICI->eraseFromParent();
2721     }
2722     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2723     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2724   }
2725
2726   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2727   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2728   // and zap it.
2729   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2730     Value *V;
2731     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2732       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2733     else
2734       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2735
2736     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2737     ICI->eraseFromParent();
2738     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2739     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2740   }
2741
2742   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2743   // the block.
2744   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2745   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2746   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2747       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2748     return false;
2749
2750   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2751   // true in the PHI.
2752   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2753   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2754
2755   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2756     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2757
2758   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2759   // false depending on if it is EQ or NE.
2760   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2761   ICI->eraseFromParent();
2762
2763   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2764   // the switch to the merge point on the compared value.
2765   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2766                                          BB->getParent(), BB);
2767   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2768   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2769   if (HasWeights) {
2770     GetBranchWeights(SI, Weights);
2771     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2772       // Split weight for default case to case for "Cst".
2773       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2774       Weights.push_back(Weights[0]);
2775
2776       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2777       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2778                       MDBuilder(SI->getContext()).
2779                       createBranchWeights(MDWeights));
2780     }
2781   }
2782   SI->addCase(Cst, NewBB);
2783
2784   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2785   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2786   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2787   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2788   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2789   return true;
2790 }
2791
2792 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2793 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2794 /// fold it into a switch instruction if so.
2795 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2796                                       IRBuilder<> &Builder) {
2797   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2798   if (Cond == 0) return false;
2799
2800
2801   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2802   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2803   // 'setne's and'ed together, collect them.
2804   Value *CompVal = 0;
2805   std::vector<ConstantInt*> Values;
2806   bool TrueWhenEqual = true;
2807   Value *ExtraCase = 0;
2808   unsigned UsedICmps = 0;
2809
2810   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2811     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2812                                      UsedICmps);
2813   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2814     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2815                                      UsedICmps);
2816     TrueWhenEqual = false;
2817   }
2818
2819   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2820   if (CompVal == 0) return false;
2821
2822   // Avoid turning single icmps into a switch.
2823   if (UsedICmps <= 1)
2824     return false;
2825
2826   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2827   // instruction can't handle, remove them now.
2828   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2829   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2830
2831   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2832   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2833   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2834
2835   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2836   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2837
2838   // Figure out which block is which destination.
2839   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2840   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2841   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2842
2843   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2844
2845   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2846                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2847
2848   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2849   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2850   // right before the condbr to handle it.
2851   if (ExtraCase) {
2852     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2853     // Remove the uncond branch added to the old block.
2854     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2855     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2856
2857     if (TrueWhenEqual)
2858       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2859     else
2860       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2861
2862     OldTI->eraseFromParent();
2863
2864     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2865     // for the edge we just added.
2866     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2867
2868     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2869           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2870     BB = NewBB;
2871   }
2872
2873   Builder.SetInsertPoint(BI);
2874   // Convert pointer to int before we switch.
2875   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2876     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2877     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2878                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2879                                      "magicptr");
2880   }
2881
2882   // Create the new switch instruction now.
2883   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2884
2885   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2886   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2887     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2888
2889   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2890   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2891   // the number of edges added.
2892   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2893        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2894     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2895     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2896     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2897       PN->addIncoming(InVal, BB);
2898   }
2899
2900   // Erase the old branch instruction.
2901   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2902
2903   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2904   return true;
2905 }
2906
2907 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2908   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2909   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2910   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2911   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2912   if (RI->getValue() != LPInst)
2913     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2914     // caused control to branch here.
2915     return false;
2916
2917   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2918   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2919   while (++I != E)
2920     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2921       return false;
2922
2923   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2924   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2925   bool Changed = false;
2926   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2927     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2928
2929     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2930       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2931       // the table.
2932       InvokeRequiresTableEntry = true;
2933       continue;
2934     }
2935
2936     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2937
2938     // Insert a call instruction before the invoke.
2939     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2940     Call->takeName(II);
2941     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2942     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2943     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2944
2945     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2946     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2947     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2948     // updated.
2949     II->replaceAllUsesWith(Call);
2950     BB->removePredecessor(II->getParent());
2951
2952     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2953     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2954
2955     // Finally, delete the invoke instruction!
2956     II->eraseFromParent();
2957     Changed = true;
2958   }
2959
2960   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2961     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2962     BB->eraseFromParent();
2963
2964   return Changed;
2965 }
2966
2967 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2968   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2969   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2970
2971   // Find predecessors that end with branches.
2972   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2973   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2974   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2975     BasicBlock *P = *PI;
2976     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2977     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2978       if (BI->isUnconditional())
2979         UncondBranchPreds.push_back(P);
2980       else
2981         CondBranchPreds.push_back(BI);
2982     }
2983   }
2984
2985   // If we found some, do the transformation!
2986   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2987     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2988       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2989       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2990             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2991       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2992     }
2993
2994     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2995     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2996       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2997       BB->eraseFromParent();
2998
2999     return true;
3000   }
3001
3002   // Check out all of the conditional branches going to this return
3003   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
3004   // branch itself into a select/return pair.
3005   while (!CondBranchPreds.empty()) {
3006     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
3007
3008     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
3009     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
3010         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
3011         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
3012       return true;
3013   }
3014   return false;
3015 }
3016
3017 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
3018   BasicBlock *BB = UI->getParent();
3019
3020   bool Changed = false;
3021
3022   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
3023   // be removed, do so.
3024   while (UI != BB->begin()) {
3025     BasicBlock::iterator BBI = UI;
3026     --BBI;
3027     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
3028     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
3029     // operations may have this effect.
3030     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
3031
3032     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3033       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3034         if (SI->isVolatile())
3035           break;
3036       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3037         if (LI->isVolatile())
3038           break;
3039       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3040         if (RMWI->isVolatile())
3041           break;
3042       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3043         if (CXI->isVolatile())
3044           break;
3045       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3046                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3047         break;
3048       }
3049       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3050       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3051       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3052       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3053     }
3054
3055     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3056     if (!BBI->use_empty())
3057       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3058     BBI->eraseFromParent();
3059     Changed = true;
3060   }
3061
3062   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3063   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3064   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3065
3066   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3067   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3068     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3069     IRBuilder<> Builder(TI);
3070     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3071       if (BI->isUnconditional()) {
3072         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3073           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3074           TI->eraseFromParent();
3075           Changed = true;
3076         }
3077       } else {
3078         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3079           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3080           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3081         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3082           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3083           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3084           Changed = true;
3085         }
3086       }
3087     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3088       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3089            i != e; ++i)
3090         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3091           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3092           SI->removeCase(i);
3093           --i; --e;
3094           Changed = true;
3095         }
3096       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3097       // destination and make it the default.
3098       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3099         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3100         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3101              i != e; ++i) {
3102           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3103               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3104           if (entry.first == 0) {
3105             entry.first = 1;
3106             entry.second = i.getCaseIndex();
3107           } else {
3108             entry.first++;
3109           }
3110         }
3111
3112         // Find the most popular block.
3113         unsigned MaxPop = 0;
3114         unsigned MaxIndex = 0;
3115         BasicBlock *MaxBlock = 0;
3116         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3117              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3118           if (I->second.first > MaxPop ||
3119               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3120             MaxPop = I->second.first;
3121             MaxIndex = I->second.second;
3122             MaxBlock = I->first;
3123           }
3124         }
3125         if (MaxBlock) {
3126           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3127           // edges to it.
3128           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3129           Changed = true;
3130
3131           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3132           // it.
3133           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3134             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3135               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3136
3137           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3138                i != e; ++i)
3139             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3140               SI->removeCase(i);
3141               --i; --e;
3142             }
3143         }
3144       }
3145     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3146       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3147         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3148         // place to note that the call does not throw though.
3149         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3150         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3151
3152         // Insert the call now...
3153         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3154         Builder.SetInsertPoint(BI);
3155         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3156                                           Args, II->getName());
3157         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3158         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3159         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3160         II->replaceAllUsesWith(CI);
3161         delete II;
3162         Changed = true;
3163       }
3164     }
3165   }
3166
3167   // If this block is now dead, remove it.
3168   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3169       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3170     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3171     BB->eraseFromParent();
3172     return true;
3173   }
3174
3175   return Changed;
3176 }
3177
3178 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3179 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3180 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3181   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3182
3183   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3184   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3185   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3186   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3187   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3188   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3189     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3190       return false;
3191     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3192   }
3193   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3194
3195   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3196   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3197   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3198     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3199       return false;
3200   }
3201
3202   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3203   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3204
3205   Value *Sub = SI->getCondition();
3206   if (!Offset->isNullValue())
3207     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3208   Value *Cmp;
3209   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3210   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3211     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3212   else
3213     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3214   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3215       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3216
3217   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3218   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3219   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3220   if (HasWeights) {
3221     GetBranchWeights(SI, Weights);
3222     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3223       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3224       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3225       // bits.
3226       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3227       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3228         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3229       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3230                          MDBuilder(SI->getContext()).
3231                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3232                                              (uint32_t)Weights[0]));
3233     }
3234   }
3235
3236   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3237   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3238        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3239     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3240       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3241   }
3242   SI->eraseFromParent();
3243
3244   return true;
3245 }
3246
3247 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3248 /// and use it to remove dead cases.
3249 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3250   Value *Cond = SI->getCondition();
3251   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
3252   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3253   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3254
3255   // Gather dead cases.
3256   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3257   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3258     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3259         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3260       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3261       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3262                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3263     }
3264   }
3265
3266   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3267   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3268   if (HasWeight) {
3269     GetBranchWeights(SI, Weights);
3270     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3271   }
3272
3273   // Remove dead cases from the switch.
3274   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3275     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3276     assert(Case != SI->case_default() &&
3277            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3278     if (HasWeight) {
3279       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3280       Weights.pop_back();
3281     }
3282
3283     // Prune unused values from PHI nodes.
3284     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3285     SI->removeCase(Case);
3286   }
3287   if (HasWeight) {
3288     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3289     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3290                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3291                     createBranchWeights(MDWeights));
3292   }
3293
3294   return !DeadCases.empty();
3295 }
3296
3297 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3298 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3299 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3300 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3301 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3302 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3303                                               BasicBlock *BB,
3304                                               int *PhiIndex) {
3305   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3306     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3307   if (!BB->getSinglePredecessor())
3308     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3309
3310   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3311   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3312     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3313
3314   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3315
3316   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3317   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3318     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3319     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3320
3321     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3322     if (InValue != CaseValue) continue;
3323
3324     *PhiIndex = Idx;
3325     return PHI;
3326   }
3327
3328   return NULL;
3329 }
3330
3331 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3332 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3333 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3334 /// Returns true if a change is made.
3335 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3336   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3337   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3338
3339   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3340     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3341     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3342
3343     int PhiIndex;
3344     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3345                                                  &PhiIndex);
3346     if (!PHI) continue;
3347
3348     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3349   }
3350
3351   bool Changed = false;
3352
3353   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3354        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3355     PHINode *Phi = I->first;
3356     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
3357
3358     if (Indexes.size() < 2) continue;
3359
3360     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3361       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3362     Changed = true;
3363   }
3364
3365   return Changed;
3366 }
3367
3368 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3369 /// initializing an array of constants like C.
3370 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3371   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3372     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3373
3374   return isa<ConstantFP>(C) ||
3375       isa<ConstantInt>(C) ||
3376       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3377       isa<GlobalValue>(C) ||
3378       isa<UndefValue>(C);
3379 }
3380
3381 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3382 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3383 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3384                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3385   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3386     return C;
3387   return ConstantPool.lookup(V);
3388 }
3389
3390 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3391 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3392 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3393 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3394 static Constant *ConstantFold(Instruction *I,
3395                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3396   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3397     Constant *A = LookupConstant(BO->getOperand(0), ConstantPool);
3398     if (!A)
3399       return 0;
3400     Constant *B = LookupConstant(BO->getOperand(1), ConstantPool);
3401     if (!B)
3402       return 0;
3403     return ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), A, B);
3404   }
3405
3406   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3407     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3408     if (!A)
3409       return 0;
3410     Constant *B = LookupConstant(I->getOperand(1), ConstantPool);
3411     if (!B)
3412       return 0;
3413     return ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(), A, B);
3414   }
3415
3416   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3417     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3418     if (!A)
3419       return 0;
3420     if (A->isAllOnesValue())
3421       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3422     if (A->isNullValue())
3423       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3424     return 0;
3425   }
3426
3427   if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3428     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3429     if (!A)
3430       return 0;
3431     return ConstantExpr::getCast(Cast->getOpcode(), A, Cast->getDestTy());
3432   }
3433
3434   return 0;
3435 }
3436
3437 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3438 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3439 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3440 /// case), of a switch instruction SI.
3441 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3442                            ConstantInt *CaseVal,
3443                            BasicBlock *CaseDest,
3444                            BasicBlock **CommonDest,
3445                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
3446   // The block from which we enter the common destination.
3447   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3448
3449   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3450   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3451   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3452   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3453   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3454        ++I) {
3455     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3456       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3457       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3458         return false;
3459       Pred = CaseDest;
3460       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3461     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3462       // Skip debug intrinsic.
3463       continue;
3464     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool)) {
3465       // Instruction is side-effect free and constant.
3466       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3467     } else {
3468       break;
3469     }
3470   }
3471
3472   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3473   if (!*CommonDest)
3474     *CommonDest = CaseDest;
3475   // If the destination isn't the common one, abort.
3476   if (CaseDest != *CommonDest)
3477     return false;
3478
3479   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3480   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3481   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3482     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3483     if (Idx == -1)
3484       continue;
3485
3486     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3487                                         ConstantPool);
3488     if (!ConstVal)
3489       return false;
3490
3491     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3492     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3493     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3494     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3495     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3496
3497     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3498     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3499       return false;
3500
3501     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3502   }
3503
3504   return true;
3505 }
3506
3507 namespace {
3508   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3509   /// to replace a switch.
3510   class SwitchLookupTable {
3511   public:
3512     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3513     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3514     /// table.
3515     SwitchLookupTable(Module &M,
3516                       uint64_t TableSize,
3517                       ConstantInt *Offset,
3518                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3519                       Constant *DefaultValue,
3520                       const DataLayout *TD);
3521
3522     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3523     /// the position given by Index in the lookup table.
3524     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3525
3526     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3527     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3528     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3529                                    uint64_t TableSize,
3530                                    const Type *ElementType);
3531
3532   private:
3533     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3534     // different ways.
3535     enum {
3536       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3537       // store that single value and return it for each lookup.
3538       SingleValueKind,
3539
3540       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3541       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3542       // shift and mask operations.
3543       BitMapKind,
3544
3545       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3546       // instructions from the table.
3547       ArrayKind
3548     } Kind;
3549
3550     // For SingleValueKind, this is the single value.
3551     Constant *SingleValue;
3552
3553     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3554     ConstantInt *BitMap;
3555     IntegerType *BitMapElementTy;
3556
3557     // For ArrayKind, this is the array.
3558     GlobalVariable *Array;
3559   };
3560 }
3561
3562 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3563                                      uint64_t TableSize,
3564                                      ConstantInt *Offset,
3565                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3566                                      Constant *DefaultValue,
3567                                      const DataLayout *TD)
3568     : SingleValue(0), BitMap(0), BitMapElementTy(0), Array(0) {
3569   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3570   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3571
3572   // If all values in the table are equal, this is that value.
3573   SingleValue = Values.begin()->second;
3574
3575   // Build up the table contents.
3576   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3577   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3578     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3579     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3580     assert(CaseRes->getType() == DefaultValue->getType());
3581
3582     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3583                    .getLimitedValue();
3584     TableContents[Idx] = CaseRes;
3585
3586     if (CaseRes != SingleValue)
3587       SingleValue = 0;
3588   }
3589
3590   // Fill in any holes in the table with the default result.
3591   if (Values.size() < TableSize) {
3592     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3593       if (!TableContents[I])
3594         TableContents[I] = DefaultValue;
3595     }
3596
3597     if (DefaultValue != SingleValue)
3598       SingleValue = 0;
3599   }
3600
3601   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3602   // that single value.
3603   if (SingleValue) {
3604     Kind = SingleValueKind;
3605     return;
3606   }
3607
3608   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3609   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, DefaultValue->getType())) {
3610     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(DefaultValue->getType());
3611     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3612     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3613       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3614       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3615       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3616         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3617         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3618       }
3619     }
3620     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3621     BitMapElementTy = IT;
3622     Kind = BitMapKind;
3623     ++NumBitMaps;
3624     return;
3625   }
3626
3627   // Store the table in an array.
3628   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultValue->getType(), TableSize);
3629   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3630
3631   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3632                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3633                              Initializer,
3634                              "switch.table");
3635   Array->setUnnamedAddr(true);
3636   Kind = ArrayKind;
3637 }
3638
3639 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3640   switch (Kind) {
3641     case SingleValueKind:
3642       return SingleValue;
3643     case BitMapKind: {
3644       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3645       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3646
3647       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3648       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3649       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3650       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3651
3652       // Multiply the shift amount by the element width.
3653       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3654                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3655                                    "switch.shiftamt");
3656
3657       // Shift down.
3658       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3659                                               "switch.downshift");
3660       // Mask off.
3661       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3662                                  "switch.masked");
3663     }
3664     case ArrayKind: {
3665       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3666       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3667                                              "switch.gep");
3668       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3669     }
3670   }
3671   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3672 }
3673
3674 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3675                                            uint64_t TableSize,
3676                                            const Type *ElementType) {
3677   if (!TD)
3678     return false;
3679   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3680   if (!IT)
3681     return false;
3682   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3683   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3684
3685   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3686   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3687     return false;
3688   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3689 }
3690
3691 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3692 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3693 /// types of the results.
3694 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3695                                    uint64_t TableSize,
3696                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3697                                    const DataLayout *TD,
3698                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3699   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3700     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3701
3702   bool AllTablesFitInRegister = true;
3703   bool HasIllegalType = false;
3704   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3705        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3706     Type *Ty = I->second;
3707
3708     // Saturate this flag to true.
3709     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3710
3711     // Saturate this flag to false.
3712     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3713       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, Ty);
3714
3715     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3716     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3717     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3718     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3719       break;
3720   }
3721
3722   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3723   if (AllTablesFitInRegister)
3724     return true;
3725
3726   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3727   if (HasIllegalType)
3728     return false;
3729
3730   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3731   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3732   // FIXME: Find the best cut-off.
3733   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3734 }
3735
3736 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3737 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3738 /// replace the switch with lookup tables.
3739 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3740                                 IRBuilder<> &Builder,
3741                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3742                                 const DataLayout* TD) {
3743   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3744
3745   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3746   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3747     return false;
3748
3749   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3750   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3751
3752   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3753   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3754   // string and lookup indices into that.
3755
3756   // Ignore the switch if the number of cases is too small.
3757   // This is similar to the check when building jump tables in
3758   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3759   // FIXME: Determine the best cut-off.
3760   if (SI->getNumCases() < 4)
3761     return false;
3762
3763   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3764   // common destination, as well as the the min and max case values.
3765   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3766   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3767   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3768   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3769
3770   BasicBlock *CommonDest = 0;
3771   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3772   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3773   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3774   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3775   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3776
3777   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3778     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3779     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3780       MinCaseVal = CaseVal;
3781     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3782       MaxCaseVal = CaseVal;
3783
3784     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3785     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3786     ResultsTy Results;
3787     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3788                         Results))
3789       return false;
3790
3791     // Append the result from this case to the list for each phi.
3792     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3793       if (!ResultLists.count(I->first))
3794         PHIs.push_back(I->first);
3795       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3796     }
3797   }
3798
3799   // Get the resulting values for the default case.
3800   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3801   if (!GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3802                       DefaultResultsList))
3803     return false;
3804   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3805     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3806     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3807     DefaultResults[PHI] = Result;
3808     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3809   }
3810
3811   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3812   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3813   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, TD, ResultTypes))
3814     return false;
3815
3816   // Create the BB that does the lookups.
3817   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3818   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3819                                             "switch.lookup",
3820                                             CommonDest->getParent(),
3821                                             CommonDest);
3822
3823   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3824   // the new BB.
3825   Builder.SetInsertPoint(SI);
3826   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3827                                         "switch.tableidx");
3828   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3829       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3830   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3831
3832   // Populate the BB that does the lookups.
3833   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3834   bool ReturnedEarly = false;
3835   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3836     PHINode *PHI = PHIs[I];
3837
3838     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3839                             DefaultResults[PHI], TD);
3840
3841     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3842
3843     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3844     // do that right here.
3845     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3846         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3847       Builder.CreateRet(Result);
3848       ReturnedEarly = true;
3849       break;
3850     }
3851
3852     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3853   }
3854
3855   if (!ReturnedEarly)
3856     Builder.CreateBr(CommonDest);
3857
3858   // Remove the switch.
3859   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3860     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3861     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3862     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3863   }
3864   SI->eraseFromParent();
3865
3866   ++NumLookupTables;
3867   return true;
3868 }
3869
3870 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3871   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3872
3873   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3874     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3875     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3876     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3877       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3878         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3879
3880     Value *Cond = SI->getCondition();
3881     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3882       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3883         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3884
3885     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3886     // away into any preds.
3887     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3888     // Ignore dbg intrinsics.
3889     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3890       ++BBI;
3891     if (SI == &*BBI)
3892       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3893         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3894   }
3895
3896   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3897   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3898     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3899
3900   // Remove unreachable cases.
3901   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3902     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3903
3904   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3905     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3906
3907   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, TD))
3908     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3909
3910   return false;
3911 }
3912
3913 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3914   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3915   bool Changed = false;
3916
3917   // Eliminate redundant destinations.
3918   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3919   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3920     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3921     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3922       Dest->removePredecessor(BB);
3923       IBI->removeDestination(i);
3924       --i; --e;
3925       Changed = true;
3926     }
3927   }
3928
3929   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3930     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3931     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3932     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3933     return true;
3934   }
3935
3936   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3937     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3938     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3939     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3940     return true;
3941   }
3942
3943   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3944     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3945       return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3946   }
3947   return Changed;
3948 }
3949
3950 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3951   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3952
3953   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3954     return true;
3955
3956   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3957   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3958   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3959       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3960     return true;
3961
3962   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3963   // against a constant, try to simplify the block.
3964   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3965     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3966       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3967         ;
3968       if (I->isTerminator() &&
3969           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, TD))
3970         return true;
3971     }
3972
3973   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3974   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3975   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3976   // for PHI nodes in common successor.
3977   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3978     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3979   return false;
3980 }
3981
3982
3983 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3984   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3985
3986   // Conditional branch
3987   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3988     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3989     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3990     // switch.
3991     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3992       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3993         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3994
3995     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3996     // Ignore dbg intrinsics.
3997     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3998     // Ignore dbg intrinsics.
3999     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4000       ++I;
4001     if (&*I == BI) {
4002       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4003         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4004     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4005       ++I;
4006       // Ignore dbg intrinsics.
4007       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4008         ++I;
4009       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4010         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4011     }
4012   }
4013
4014   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4015   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
4016     return true;
4017
4018   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4019   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4020   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4021   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
4022     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4023
4024   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4025   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4026   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4027   // can hoist it up to the branching block.
4028   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
4029     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
4030       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
4031         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4032     } else {
4033       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4034       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
4035       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4036       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4037           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4038         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
4039           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4040     }
4041   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
4042     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4043     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
4044     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4045     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4046         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4047       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
4048         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4049   }
4050
4051   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4052   // through this block if any PHI node entries are constants.
4053   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4054     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4055       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
4056         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4057
4058   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4059   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4060     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4061       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4062         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4063           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4064
4065   return false;
4066 }
4067
4068 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4069 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4070   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4071   if (!C)
4072     return false;
4073
4074   if (I->use_empty())
4075     return false;
4076
4077   if (C->isNullValue()) {
4078     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4079     User *Use = *I->use_begin();
4080
4081     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4082     // control flow (eg. calls)
4083     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4084       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4085         return false;
4086
4087     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4088     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4089       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4090         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4091
4092     // Look through bitcasts.
4093     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4094       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4095
4096     // Load from null is undefined.
4097     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4098       if (!LI->isVolatile())
4099         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4100
4101     // Store to null is undefined.
4102     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4103       if (!SI->isVolatile())
4104         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4105   }
4106   return false;
4107 }
4108
4109 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4110 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4111 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4112   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4113        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4114     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4115       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4116         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4117         IRBuilder<> Builder(T);
4118         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4119           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4120           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4121           // destination from conditional branches.
4122           if (BI->isUnconditional())
4123             Builder.CreateUnreachable();
4124           else
4125             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4126                                                          BI->getSuccessor(0));
4127           BI->eraseFromParent();
4128           return true;
4129         }
4130         // TODO: SwitchInst.
4131       }
4132
4133   return false;
4134 }
4135
4136 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4137   bool Changed = false;
4138
4139   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4140   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4141
4142   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4143   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4144   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4145        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4146       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4147     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4148     DeleteDeadBlock(BB);
4149     return true;
4150   }
4151
4152   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4153   // away...
4154   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4155
4156   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4157   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4158
4159   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4160   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4161
4162   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4163   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4164   // if there are no PHI nodes.
4165   //
4166   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4167     return true;
4168
4169   IRBuilder<> Builder(BB);
4170
4171   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4172   // eliminate it, do so now.
4173   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4174     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4175       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
4176
4177   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4178   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4179     if (BI->isUnconditional()) {
4180       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4181     } else {
4182       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4183     }
4184   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4185     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4186   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4187     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4188   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4189     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4190   } else if (UnreachableInst *UI =
4191                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4192     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4193   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4194                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4195     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4196   }
4197
4198   return Changed;
4199 }
4200
4201 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4202 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4203 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4204 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4205 ///
4206 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4207                        const DataLayout *TD) {
4208   return SimplifyCFGOpt(TTI, TD).run(BB);
4209 }