SimplifyCFG: Small cleanup, use ICmpInst::isEquality()
[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/raw_ostream.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
45 #include <algorithm>
46 #include <map>
47 #include <set>
48 using namespace llvm;
49
50 static cl::opt<unsigned>
51 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
52    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
53
54 static cl::opt<bool>
55 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
56        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
57
58 static cl::opt<bool>
59 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
60        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
61
62 static cl::opt<bool>
63 HoistCondStores("simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
64        cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store preceeds"));
65
66 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
67 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
68 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
69 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
70
71 namespace {
72   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
73   struct ValueEqualityComparisonCase {
74     ConstantInt *Value;
75     BasicBlock *Dest;
76
77     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
78       : Value(Value), Dest(Dest) {}
79
80     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
81       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
82       return Value < RHS.Value;
83     }
84
85     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
86   };
87
88 class SimplifyCFGOpt {
89   const TargetTransformInfo &TTI;
90   const DataLayout *const TD;
91
92   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
93   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
94                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
95   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
96                                                      BasicBlock *Pred,
97                                                      IRBuilder<> &Builder);
98   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
99                                            IRBuilder<> &Builder);
100
101   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
102   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
103   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
104   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
105   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
106   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
107   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
108
109 public:
110   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *TD)
111       : TTI(TTI), TD(TD) {}
112   bool run(BasicBlock *BB);
113 };
114 }
115
116 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
117 /// terminator instructions together.
118 ///
119 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
120   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
121
122   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
123   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
124   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
125   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
126   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
127   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
128
129   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
130     if (SI1Succs.count(*I))
131       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
132            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
133         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
134         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
135             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
136           return false;
137       }
138
139   return true;
140 }
141
142 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
143 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
144 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
145 /// successors.
146 ///
147 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
148                                           BranchInst *SI2,
149                                           Instruction *Cond,
150                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
151   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
152   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
153
154   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
155   // common successors:
156   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
157   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
158   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
159   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
160   if (!Ci2) return false;
161   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
162         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
163       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
164         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
165     return false;
166
167   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
168   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
169   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
170   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
171     if (SI1Succs.count(*I))
172       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
173            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
174         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
175         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
176             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
177           return false;
178         PhiNodes.push_back(PN);
179       }
180   return true;
181 }
182
183 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
184 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
185 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
186 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
187 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
188                                   BasicBlock *ExistPred) {
189   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
190
191   PHINode *PN;
192   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
193        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
194     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
195 }
196
197
198 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
199 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
200 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
201 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
202 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
203 /// be entered if the condition is false.
204 ///
205 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
206 /// instructions in them.
207 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
208                              BasicBlock *&IfFalse) {
209   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
210   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
211          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
212   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
213   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
214
215   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
216   // branches if possible anyway.
217   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
218   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
219   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
220     return 0;
221
222   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
223   // either are.
224   if (Pred2Br->isConditional()) {
225     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
226     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
227     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
228     // probably not profitable.
229     if (Pred1Br->isConditional())
230       return 0;
231
232     std::swap(Pred1, Pred2);
233     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
234   }
235
236   if (Pred1Br->isConditional()) {
237     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
238     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
239     // doesn't dominate BB.
240     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
241       return 0;
242
243     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
244     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
245     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
246         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
247       IfTrue = Pred1;
248       IfFalse = Pred2;
249     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
250                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
251       IfTrue = Pred2;
252       IfFalse = Pred1;
253     } else {
254       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
255       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
256       return 0;
257     }
258
259     return Pred1Br->getCondition();
260   }
261
262   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
263   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
264   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
265   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
266   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
267     return 0;
268
269   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
270   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
271   if (BI == 0) return 0;
272
273   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
274   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
275     IfTrue = Pred1;
276     IfFalse = Pred2;
277   } else {
278     IfTrue = Pred2;
279     IfFalse = Pred1;
280   }
281   return BI->getCondition();
282 }
283
284 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
285 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
286 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
287 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
288   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
289          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
290   switch (Operator::getOpcode(I)) {
291   default:
292     // In doubt, be conservative.
293     return UINT_MAX;
294   case Instruction::GetElementPtr:
295     // GEPs are cheap if all indices are constant.
296     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
297       return UINT_MAX;
298     return 1;
299   case Instruction::Load:
300   case Instruction::Add:
301   case Instruction::Sub:
302   case Instruction::And:
303   case Instruction::Or:
304   case Instruction::Xor:
305   case Instruction::Shl:
306   case Instruction::LShr:
307   case Instruction::AShr:
308   case Instruction::ICmp:
309   case Instruction::Trunc:
310   case Instruction::ZExt:
311   case Instruction::SExt:
312     return 1; // These are all cheap.
313
314   case Instruction::Call:
315   case Instruction::Select:
316     return 2;
317   }
318 }
319
320 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
321 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
322 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
323 /// which works well enough for us.
324 ///
325 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
326 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
327 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
328 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
329 /// set and true is returned.
330 ///
331 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
332 /// Select whose cost is 2.
333 ///
334 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
335 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
336 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
337 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
338                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
339                                 unsigned &CostRemaining) {
340   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
341   if (!I) {
342     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
343     // can be executed unconditionally.
344     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
345       if (C->canTrap())
346         return false;
347     return true;
348   }
349   BasicBlock *PBB = I->getParent();
350
351   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
352   // the bottom of this block.
353   if (PBB == BB) return false;
354
355   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
356   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
357   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
358   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
359   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
360     return true;
361
362   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
363   // instructions in the 'if region'.
364   if (AggressiveInsts == 0) return false;
365
366   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
367   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
368
369   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
370   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
371   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
372   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
373     return false;
374
375   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
376
377   if (Cost > CostRemaining)
378     return false;
379
380   CostRemaining -= Cost;
381
382   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
383   // not take us over the cost threshold.
384   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
385     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
386       return false;
387   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
388   AggressiveInsts->insert(I);
389   return true;
390 }
391
392 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
393 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
394 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
395   // Normal constant int.
396   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
397   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
398     return CI;
399
400   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
401   // ConstantInt if possible.
402   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(TD->getIntPtrType(V->getType()));
403
404   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
405   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
406     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
407
408   // IntToPtr const int.
409   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
410     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
411       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
412         // The constant is very likely to have the right type already.
413         if (CI->getType() == PtrTy)
414           return CI;
415         else
416           return cast<ConstantInt>
417             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
418       }
419   return 0;
420 }
421
422 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
423 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
424 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
425 /// Values vector.
426 static Value *
427 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
428                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
429   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
430   if (I == 0) return 0;
431
432   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
433   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
434     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
435       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
436         UsedICmps++;
437         Vals.push_back(C);
438         return I->getOperand(0);
439       }
440
441       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
442       // the set.
443       ConstantRange Span =
444         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
445
446       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
447       // x != 0 && x != 1.
448       if (!isEQ)
449         Span = Span.inverse();
450
451       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
452       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
453         return 0;
454
455       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
456         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
457       UsedICmps++;
458       return I->getOperand(0);
459     }
460     return 0;
461   }
462
463   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
464   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
465     return 0;
466
467   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
468   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
469   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
470                                           isEQ, UsedICmps)) {
471     unsigned NumVals = Vals.size();
472     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
473     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
474                                             isEQ, UsedICmps)) {
475       if (LHS == RHS)
476         return LHS;
477       Vals.resize(NumVals);
478       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
479     }
480
481     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
482     // set it and return success.
483     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
484       Extra = I->getOperand(1);
485       return LHS;
486     }
487
488     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
489     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
490     return 0;
491   }
492
493   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
494   // use LHS as Extra.
495   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
496     Value *OldExtra = Extra;
497     Extra = I->getOperand(0);
498     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
499                                             isEQ, UsedICmps))
500       return RHS;
501     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
502     Extra = OldExtra;
503   }
504
505   return 0;
506 }
507
508 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
509   Instruction *Cond = 0;
510   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
511     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
512   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
513     if (BI->isConditional())
514       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
515   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
516     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
517   }
518
519   TI->eraseFromParent();
520   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
521 }
522
523 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
524 /// to see if a value is equal to constant integer value.
525 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
526   Value *CV = 0;
527   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
528     // Do not permit merging of large switch instructions into their
529     // predecessors unless there is only one predecessor.
530     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
531                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
532       CV = SI->getCondition();
533   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
534     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
535       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
536         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
537           CV = ICI->getOperand(0);
538
539   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
540   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
541     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
542       CV = PTII->getOperand(0);
543   return CV;
544 }
545
546 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
547 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
548 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
549 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
550                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
551                                                                        &Cases) {
552   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
553     Cases.reserve(SI->getNumCases());
554     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
555       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
556                                                   i.getCaseSuccessor()));
557     return SI->getDefaultDest();
558   }
559
560   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
561   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
562   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
563   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
564                                                              TD),
565                                               Succ));
566   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
567 }
568
569
570 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
571 /// in the list that match the specified block.
572 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
573                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
574   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
575 }
576
577 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
578 /// well.
579 static bool
580 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
581               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
582   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
583
584   // Make V1 be smaller than V2.
585   if (V1->size() > V2->size())
586     std::swap(V1, V2);
587
588   if (V1->size() == 0) return false;
589   if (V1->size() == 1) {
590     // Just scan V2.
591     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
592     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
593       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
594         return true;
595   }
596
597   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
598   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
599   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
600   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
601   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
602     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
603       return true;
604     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
605       ++i1;
606     else
607       ++i2;
608   }
609   return false;
610 }
611
612 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
613 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
614 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
615 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
616 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
617 /// form of jump threading.
618 bool SimplifyCFGOpt::
619 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
620                                               BasicBlock *Pred,
621                                               IRBuilder<> &Builder) {
622   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
623   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
624
625   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
626   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
627   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
628
629   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
630   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
631
632   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
633   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
634   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
635                                                         PredCases);
636   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
637
638   // Find information about how control leaves this block.
639   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
640   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
641   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
642
643   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
644   // simplify TI based on this knowledge.
645   if (PredDef == TI->getParent()) {
646     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
647     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
648     // can simplify TI.
649     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
650       return false;
651
652     if (isa<BranchInst>(TI)) {
653       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
654       // uncond br.
655       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
656       // Insert the new branch.
657       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
658       (void) NI;
659
660       // Remove PHI node entries for the dead edge.
661       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
662
663       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
664            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
665
666       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
667       return true;
668     }
669
670     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
671     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
672     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
673     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
674       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
675
676     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
677                  << "Through successor TI: " << *TI);
678
679     // Collect branch weights into a vector.
680     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
681     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
682     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
683     if (HasWeight)
684       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
685            ++MD_i) {
686         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
687         assert(CI);
688         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
689       }
690     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
691       --i;
692       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
693         if (HasWeight) {
694           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
695           Weights.pop_back();
696         }
697         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
698         SI->removeCase(i);
699       }
700     }
701     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
702       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
703                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
704                       createBranchWeights(Weights));
705
706     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
707     return true;
708   }
709
710   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
711   // which value (or set of values) this is.
712   ConstantInt *TIV = 0;
713   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
714   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
715     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
716       if (TIV != 0)
717         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
718       TIV = PredCases[i].Value;
719     }
720   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
721
722   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
723   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
724   BasicBlock *TheRealDest = 0;
725   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
726     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
727       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
728       break;
729     }
730
731   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
732   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
733
734   // Remove PHI node entries for dead edges.
735   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
736   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
737     if (*SI != CheckEdge)
738       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
739     else
740       CheckEdge = 0;
741
742   // Insert the new branch.
743   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
744   (void) NI;
745
746   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
747             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
748
749   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
750   return true;
751 }
752
753 namespace {
754   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
755   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
756   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
757   struct ConstantIntOrdering {
758     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
759       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
760     }
761   };
762 }
763
764 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
765   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
766   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
767   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
768     return 1;
769   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
770     return 0;
771   return -1;
772 }
773
774 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
775   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
776   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
777     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
778       return MDS->getString().equals("branch_weights");
779
780   return false;
781 }
782
783 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
784 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
785 /// metadata.
786 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
787                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
788   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
789   assert(MD);
790   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
791     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
792     assert(CI);
793     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
794   }
795
796   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
797   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
798   // default weight to be the first entry.
799   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
800     assert(Weights.size() == 2);
801     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
802     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
803       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
804   }
805 }
806
807 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
808 /// weights if any are.
809 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
810   bool Halve = false;
811   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
812     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
813       Halve = true;
814       break;
815     }
816
817   if (! Halve)
818     return;
819
820   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
821     Weights[i] /= 2;
822 }
823
824 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
825 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
826 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
827 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
828 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
829                                                          IRBuilder<> &Builder) {
830   BasicBlock *BB = TI->getParent();
831   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
832   assert(CV && "Not a comparison?");
833   bool Changed = false;
834
835   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
836   while (!Preds.empty()) {
837     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
838
839     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
840     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
841     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
842
843     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
844       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
845       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
846       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
847
848       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
849       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
850
851       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
852       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
853       // build.
854       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
855
856       // Update the branch weight metadata along the way
857       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
858       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
859       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
860
861       if (PredHasWeights) {
862         GetBranchWeights(PTI, Weights);
863         // branch-weight metadata is inconsistent here.
864         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
865           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
866       } else if (SuccHasWeights)
867         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
868         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
869         // successor's weights
870         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
871
872       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
873       if (SuccHasWeights) {
874         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
875         // branch-weight metadata is inconsistent here.
876         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
877           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
878       } else if (PredHasWeights)
879         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
880
881       if (PredDefault == BB) {
882         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
883         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
884         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
885         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
886           if (PredCases[i].Dest != BB)
887             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
888           else {
889             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
890             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
891
892             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
893               // Increase weight for the default case.
894               Weights[0] += Weights[i+1];
895               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
896               Weights.pop_back();
897             }
898
899             PredCases.pop_back();
900             --i; --e;
901           }
902
903         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
904         if (PredDefault != BBDefault) {
905           PredDefault->removePredecessor(Pred);
906           PredDefault = BBDefault;
907           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
908         }
909
910         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
911         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
912         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
913           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
914               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
915             PredCases.push_back(BBCases[i]);
916             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
917             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
918               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
919               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
920               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
921               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
922               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
923             }
924           }
925
926         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
927           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
928           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
929           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
930             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
931           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
932           Weights[0] *= SuccWeights[0];
933         }
934       } else {
935         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
936         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
937         // activated.
938         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
939         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
940         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
941           if (PredCases[i].Dest == BB) {
942             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
943
944             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
945               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
946               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
947               Weights.pop_back();
948             }
949
950             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
951             PredCases.pop_back();
952             --i; --e;
953           }
954
955         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
956         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
957         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
958           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
959             // If this is one we are capable of getting...
960             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
961               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
962             PredCases.push_back(BBCases[i]);
963             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
964             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
965           }
966
967         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
968         // they must go to the default destination of TI.
969         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
970                                     PTIHandled.begin(),
971                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
972           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
973             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
974           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
975           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
976         }
977       }
978
979       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
980       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
981       // successors.
982       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
983         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
984
985       Builder.SetInsertPoint(PTI);
986       // Convert pointer to int before we switch.
987       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
988         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
989         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
990                                     "magicptr");
991       }
992
993       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
994       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
995                                                PredCases.size());
996       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
997       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
998         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
999
1000       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1001         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1002         FitWeights(Weights);
1003
1004         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1005
1006         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1007                            MDBuilder(BB->getContext()).
1008                            createBranchWeights(MDWeights));
1009       }
1010
1011       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1012
1013       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1014       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1015       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1016       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
1017       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1018         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1019           if (InfLoopBlock == 0) {
1020             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1021             // or it won't matter if it's hot. :)
1022             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1023                                               "infloop", BB->getParent());
1024             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1025           }
1026           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1027         }
1028
1029       Changed = true;
1030     }
1031   }
1032   return Changed;
1033 }
1034
1035 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1036 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1037 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1038 // to put the select in this case.
1039 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1040                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1041   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1042     PHINode *PN;
1043     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1044          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1045       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1046       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1047       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1048         return false;
1049       }
1050     }
1051   }
1052   return true;
1053 }
1054
1055 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1056 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1057 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1058 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1059   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1060   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1061   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1062   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1063   // identical order.
1064   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1065   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1066
1067   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1068   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1069
1070   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1071   // Skip debug info if it is not identical.
1072   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1073   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1074   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1075     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1076       I1 = BB1_Itr++;
1077     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1078       I2 = BB2_Itr++;
1079   }
1080   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1081       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1082     return false;
1083
1084   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
1085   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1086
1087   do {
1088     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1089     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1090     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1091       goto HoistTerminator;
1092
1093     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1094     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1095     // the now redundant second instruction.
1096     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1097     if (!I2->use_empty())
1098       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1099     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1100     I2->eraseFromParent();
1101
1102     I1 = BB1_Itr++;
1103     I2 = BB2_Itr++;
1104     // Skip debug info if it is not identical.
1105     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1106     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1107     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1108       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1109         I1 = BB1_Itr++;
1110       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1111         I2 = BB2_Itr++;
1112     }
1113   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1114
1115   return true;
1116
1117 HoistTerminator:
1118   // It may not be possible to hoist an invoke.
1119   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1120     return true;
1121
1122   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1123   Instruction *NT = I1->clone();
1124   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1125   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1126     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1127     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1128     NT->takeName(I1);
1129   }
1130
1131   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1132   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1133   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1134   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1135   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1136   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1137   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1138     PHINode *PN;
1139     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1140          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1141       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1142       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1143       if (BB1V == BB2V) continue;
1144
1145       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1146       // that determines the right value.
1147       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1148       if (SI == 0)
1149         SI = cast<SelectInst>
1150           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1151                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1152
1153       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1154       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1155         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1156           PN->setIncomingValue(i, SI);
1157     }
1158   }
1159
1160   // Update any PHI nodes in our new successors.
1161   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1162     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1163
1164   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1165   return true;
1166 }
1167
1168 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1169 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1170 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1171 /// in the two predecessors to BBEnd.
1172 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1173   assert(BI1->isUnconditional());
1174   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1175   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1176
1177   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1178   // an unconditional branch.
1179   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1180   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1181   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1182     return false;
1183   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1184   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1185     return false;
1186   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1187   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1188   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1189     return false;
1190
1191   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1192   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1193   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1194   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1195        I != E; ++I) {
1196     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1197       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1198       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1199       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1200     } else {
1201       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1202       break;
1203     }
1204   }
1205   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1206     return false;
1207
1208
1209   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1210   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1211   // instructions in an identical order.
1212   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1213       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1214       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1215   // Skip debug info.
1216   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1217   if (RI1 == RE1)
1218     return false;
1219   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1220   if (RI2 == RE2)
1221     return false;
1222   // Skip the unconditional branches.
1223   ++RI1;
1224   ++RI2;
1225
1226   bool Changed = false;
1227   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1228     // Skip debug info.
1229     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1230     if (RI1 == RE1)
1231       return Changed;
1232     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1233     if (RI2 == RE2)
1234       return Changed;
1235
1236     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1237     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1238     // perform the same operation.
1239     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1240     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1241         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1242         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1243         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1244         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1245         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1246         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1247         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1248         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1249       return Changed;
1250
1251     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1252     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1253     bool SwapOpnds = false;
1254     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1255         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1256         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1257         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1258          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1259       ICmp2->swapOperands();
1260       SwapOpnds = true;
1261     }
1262     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1263       if (SwapOpnds)
1264         ICmp2->swapOperands();
1265       return Changed;
1266     }
1267
1268     // The operands should be either the same or they need to be generated
1269     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1270     // a single pair of different operands.
1271     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1272     unsigned Op1Idx = 0;
1273     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1274       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1275         continue;
1276       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1277       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1278       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1279       if (DifferentOp1 ||
1280           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1281           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1282           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1283           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1284         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1285         if (SwapOpnds)
1286           ICmp2->swapOperands();
1287         return Changed;
1288       }
1289       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1290       Op1Idx = I;
1291       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1292     }
1293
1294     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1295     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1296     if (DifferentOp1) {
1297       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1298                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1299                                        BBEnd->begin());
1300       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1301       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1302       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1303       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1304       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1305       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1306     }
1307     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1308     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1309
1310     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1311     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1312     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1313     // instruction in the basic block down.
1314     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1315     // Sink the instruction.
1316     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1317     if (!OldPN->use_empty())
1318       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1319     OldPN->eraseFromParent();
1320
1321     if (!I2->use_empty())
1322       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1323     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1324     I2->eraseFromParent();
1325
1326     if (UpdateRE1)
1327       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1328     if (UpdateRE2)
1329       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1330     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1331     NumSinkCommons++;
1332     Changed = true;
1333   }
1334   return Changed;
1335 }
1336
1337 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1338 /// conditional block.
1339 ///
1340 /// We are looking for code like the following:
1341 ///   BrBB:
1342 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1343 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1344 ///     ... // function).
1345 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1346 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1347 ///   ThenBB:
1348 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1349 ///     br label EndBB
1350 ///   EndBB:
1351 ///     ...
1352 ///   We are going to transform this into:
1353 ///   BrBB:
1354 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1355 ///     ... //
1356 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1357 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1358 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1359 ///     ...
1360 ///
1361 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1362 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1363 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1364                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1365   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1366   if (!StoreToHoist)
1367     return 0;
1368
1369   // Volatile or atomic.
1370   if (!StoreToHoist->isSimple())
1371     return 0;
1372
1373   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1374
1375   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1376   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1377   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1378        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1379     Instruction *CurI = &*RI;
1380
1381     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1382     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1383       return 0;
1384
1385     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1386     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1387     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1388       // Found the previous store, return its value operand.
1389       return SI->getValueOperand();
1390     else if (SI)
1391       return 0; // Unknown store.
1392   }
1393
1394   return 0;
1395 }
1396
1397 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1398 ///
1399 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1400 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1401 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1402 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1403 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1404 ///
1405 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1406 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1407 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1408 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1409 ///
1410 ///
1411 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1412 /// \code
1413 ///   BB:
1414 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1415 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1416 ///   ThenBB:
1417 ///     %sub = sub %x, %y
1418 ///     br label BB2
1419 ///   EndBB:
1420 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1421 ///     ...
1422 /// \endcode
1423 ///
1424 /// Into this IR:
1425 /// \code
1426 ///   BB:
1427 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1428 ///     %sub = sub %x, %y
1429 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1430 ///     ...
1431 /// \endcode
1432 ///
1433 /// \returns true if the conditional block is removed.
1434 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB) {
1435   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1436   Value *BrCond = BI->getCondition();
1437   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1438     return false;
1439
1440   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1441   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1442
1443   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1444   // to swap the select operands later.
1445   bool Invert = false;
1446   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1447     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1448     Invert = true;
1449   }
1450   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1451
1452   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1453   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1454   // - They are defined in BB, and
1455   // - They have no side effects, and
1456   // - All of their uses are in CondBB.
1457   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1458
1459   unsigned SpeculationCost = 0;
1460   Value *SpeculatedStoreValue = 0;
1461   StoreInst *SpeculatedStore = 0;
1462   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1463                             BBE = llvm::prior(ThenBB->end());
1464        BBI != BBE; ++BBI) {
1465     Instruction *I = BBI;
1466     // Skip debug info.
1467     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1468       continue;
1469
1470     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1471     // terminator) for now.
1472     ++SpeculationCost;
1473     if (SpeculationCost > 1)
1474       return false;
1475
1476     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1477     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1478         !(HoistCondStores &&
1479           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1480                                                          EndBB))))
1481       return false;
1482     if (!SpeculatedStoreValue &&
1483         ComputeSpeculationCost(I) > PHINodeFoldingThreshold)
1484       return false;
1485
1486     // Store the store speculation candidate.
1487     if (SpeculatedStoreValue)
1488       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1489
1490     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1491     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1492     // being sunk into the use block.
1493     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1494          i != e; ++i) {
1495       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1496       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1497           OpI->mayHaveSideEffects())
1498         continue; // Not a candidate for sinking.
1499
1500       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1501     }
1502   }
1503
1504   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1505   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1506   // and so iteration order isn't significant.
1507   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1508            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1509        I != E; ++I)
1510     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1511       ++SpeculationCost;
1512       if (SpeculationCost > 1)
1513         return false;
1514     }
1515
1516   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1517   bool HaveRewritablePHIs = false;
1518   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1519        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1520     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1521     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1522
1523     // Skip PHIs which are trivial.
1524     if (ThenV == OrigV)
1525       continue;
1526
1527     HaveRewritablePHIs = true;
1528     ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1529     if (!CE)
1530       continue; // Known safe and cheap.
1531
1532     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1533       return false;
1534     if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1535       return false;
1536
1537     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1538     // getting expanded into Instructions.
1539     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1540     // constant expression.
1541     ++SpeculationCost;
1542     if (SpeculationCost > 1)
1543       return false;
1544   }
1545
1546   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1547   // as well.
1548   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1549     return false;
1550
1551   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1552   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1553
1554   // Insert a select of the value of the speculated store.
1555   if (SpeculatedStoreValue) {
1556     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1557     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1558     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1559     if (Invert)
1560       std::swap(TrueV, FalseV);
1561     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1562                                     "." + FalseV->getName());
1563     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1564   }
1565
1566   // Hoist the instructions.
1567   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1568                            llvm::prior(ThenBB->end()));
1569
1570   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1571   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1572   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1573        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1574     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1575     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1576     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1577     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1578
1579     // Skip PHIs which are trivial.
1580     if (OrigV == ThenV)
1581       continue;
1582
1583     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1584     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1585     // destinations were inverted.
1586     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1587     if (Invert)
1588       std::swap(TrueV, FalseV);
1589     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1590                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1591     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1592     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1593   }
1594
1595   ++NumSpeculations;
1596   return true;
1597 }
1598
1599 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1600 /// across this block.
1601 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1602   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1603   unsigned Size = 0;
1604
1605   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1606     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1607       continue;
1608     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1609     ++Size;
1610
1611     // We can only support instructions that do not define values that are
1612     // live outside of the current basic block.
1613     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1614          UI != E; ++UI) {
1615       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1616       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1617     }
1618
1619     // Looks ok, continue checking.
1620   }
1621
1622   return true;
1623 }
1624
1625 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1626 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1627 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1628 /// ultimate destination.
1629 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1630   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1631   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1632   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1633   // outside of the block.
1634   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1635     return false;
1636
1637   // Degenerate case of a single entry PHI.
1638   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1639     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1640     return true;
1641   }
1642
1643   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1644   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1645
1646   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1647   // constants.
1648   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1649     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1650     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1651
1652     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1653     // branch to RealDest.
1654     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1655     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1656
1657     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1658     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1659     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1660
1661     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1662     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1663     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1664     // the edge we are about to create.
1665     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1666                                             RealDest->getName()+".critedge",
1667                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1668     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1669
1670     // Update PHI nodes.
1671     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1672
1673     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1674     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1675     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1676     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1677     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1678     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1679       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1680         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1681         continue;
1682       }
1683       // Clone the instruction.
1684       Instruction *N = BBI->clone();
1685       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1686
1687       // Update operands due to translation.
1688       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1689            i != e; ++i) {
1690         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1691         if (PI != TranslateMap.end())
1692           *i = PI->second;
1693       }
1694
1695       // Check for trivial simplification.
1696       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1697         TranslateMap[BBI] = V;
1698         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1699       } else {
1700         // Insert the new instruction into its new home.
1701         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1702         if (!BBI->use_empty())
1703           TranslateMap[BBI] = N;
1704       }
1705     }
1706
1707     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1708     // to EdgeBB instead.
1709     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1710     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1711       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1712         BB->removePredecessor(PredBB);
1713         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1714       }
1715
1716     // Recurse, simplifying any other constants.
1717     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1718   }
1719
1720   return false;
1721 }
1722
1723 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1724 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1725 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1726   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1727   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1728   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1729   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1730   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1731   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1732   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1733   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1734   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1735   if (!IfCond ||
1736       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1737       isa<ConstantInt>(IfCond))
1738     return false;
1739
1740   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1741   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1742   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1743   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1744   // fewer PHI nodes in this block.
1745   unsigned NumPhis = 0;
1746   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1747     if (NumPhis > 2)
1748       return false;
1749
1750   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1751   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1752   // that need to be moved to the dominating block.
1753   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1754   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1755            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1756
1757   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1758     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1759     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1760       PN->replaceAllUsesWith(V);
1761       PN->eraseFromParent();
1762       continue;
1763     }
1764
1765     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1766                              MaxCostVal0) ||
1767         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1768                              MaxCostVal1))
1769       return false;
1770   }
1771
1772   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1773   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1774   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1775   if (PN == 0) return true;
1776
1777   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1778   // often be turned into switches and other things.
1779   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1780       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1781        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1782        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1783     return false;
1784
1785   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1786   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1787   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1788   // worth promoting to select instructions.
1789   BasicBlock *DomBlock = 0;
1790   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1791   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1792   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1793     IfBlock1 = 0;
1794   } else {
1795     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1796     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1797       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1798         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1799         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1800         // flow, so the xform is not worth it.
1801         return false;
1802       }
1803   }
1804
1805   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1806     IfBlock2 = 0;
1807   } else {
1808     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1809     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1810       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1811         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1812         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1813         // flow, so the xform is not worth it.
1814         return false;
1815       }
1816   }
1817
1818   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1819                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1820
1821   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1822   // do all of the PHI's now.
1823   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1824   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1825
1826   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1827   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1828   if (IfBlock1)
1829     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1830                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1831                                    IfBlock1->getTerminator());
1832   if (IfBlock2)
1833     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1834                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1835                                    IfBlock2->getTerminator());
1836
1837   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1838     // Change the PHI node into a select instruction.
1839     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1840     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1841
1842     SelectInst *NV =
1843       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1844     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1845     NV->takeName(PN);
1846     PN->eraseFromParent();
1847   }
1848
1849   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1850   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1851   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1852   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1853   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1854   Builder.CreateBr(BB);
1855   OldTI->eraseFromParent();
1856   return true;
1857 }
1858
1859 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1860 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1861 /// introducing a select if the return values disagree.
1862 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1863                                            IRBuilder<> &Builder) {
1864   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1865   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1866   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1867   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1868   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1869
1870   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1871   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1872   // computation on one path or the other.
1873   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1874     return false;
1875   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1876     return false;
1877
1878   Builder.SetInsertPoint(BI);
1879   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1880   // there is no return value for this function, just change the
1881   // branch into a return.
1882   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1883     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1884     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1885     Builder.CreateRetVoid();
1886     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1887     return true;
1888   }
1889
1890   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1891   // so we can insert a new select instruction.
1892   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1893   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1894
1895   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1896   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1897     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1898       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1899   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1900     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1901       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1902
1903   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1904   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1905   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1906   // constant expression that prevents this transformation from being
1907   // safe.
1908   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1909     if (TCV->canTrap())
1910       return false;
1911   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1912     if (FCV->canTrap())
1913       return false;
1914
1915   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1916   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1917   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1918   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1919
1920   // Insert select instructions where needed.
1921   Value *BrCond = BI->getCondition();
1922   if (TrueValue) {
1923     // Insert a select if the results differ.
1924     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1925     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1926       TrueValue = FalseValue;
1927     } else {
1928       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1929                                        FalseValue, "retval");
1930     }
1931   }
1932
1933   Value *RI = !TrueValue ?
1934     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1935
1936   (void) RI;
1937
1938   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1939                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1940                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1941
1942   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1943
1944   return true;
1945 }
1946
1947 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1948 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1949 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1950 /// found.
1951 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1952                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1953   assert(BI->isConditional() &&
1954          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1955   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1956   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1957   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1958   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1959   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1960   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1961   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1962   return true;
1963 }
1964
1965 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1966 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1967 ///
1968 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1969   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1970     return false;
1971   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1972     Instruction *PBI = &*I;
1973     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1974     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1975       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1976       Inst->eraseFromParent();
1977       return true;
1978     }
1979   }
1980   return false;
1981 }
1982
1983 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1984 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1985 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1986 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1987   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1988
1989   Instruction *Cond = 0;
1990   if (BI->isConditional())
1991     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1992   else {
1993     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1994     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1995     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1996     // predecessor.
1997     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1998       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1999         if (PBI->isConditional() &&
2000             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2001              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2002           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2003                I != E; ) {
2004             Instruction *Curr = I++;
2005             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2006               Cond = Curr;
2007               break;
2008             }
2009             // Quit if we can't remove this instruction.
2010             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2011               return false;
2012           }
2013         }
2014
2015     if (Cond == 0)
2016       return false;
2017   }
2018
2019   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2020     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2021   return false;
2022
2023   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
2024   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
2025   // must be at the front of the block.
2026   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
2027
2028   // Ignore dbg intrinsics.
2029   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2030
2031   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
2032   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
2033   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
2034   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
2035   Instruction *BonusInst = 0;
2036   if (&*FrontIt != Cond &&
2037       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
2038       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
2039     BonusInst = &*FrontIt;
2040     ++FrontIt;
2041
2042     // Ignore dbg intrinsics.
2043     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2044   }
2045
2046   // Only a single bonus inst is allowed.
2047   if (&*FrontIt != Cond)
2048     return false;
2049
2050   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2051   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2052
2053   // Ingore dbg intrinsics.
2054   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2055
2056   if (&*CondIt != BI)
2057     return false;
2058
2059   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2060   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2061   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2062     if (CE->canTrap())
2063       return false;
2064   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2065     if (CE->canTrap())
2066       return false;
2067
2068   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2069   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2070   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
2071   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2072     return false;
2073
2074   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2075     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2076     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2077
2078     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2079     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2080     // blocks.
2081     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2082     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
2083         (BI->isConditional() &&
2084          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2085         (!BI->isConditional() &&
2086          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2087       continue;
2088
2089     // Determine if the two branches share a common destination.
2090     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2091     bool InvertPredCond = false;
2092
2093     if (BI->isConditional()) {
2094       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2095         Opc = Instruction::Or;
2096       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2097         Opc = Instruction::And;
2098       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2099         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2100       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2101         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2102       else
2103         continue;
2104     } else {
2105       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2106         continue;
2107     }
2108
2109     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2110     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2111     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2112     // out-of-order core by speculating them earlier.
2113     if (BonusInst) {
2114       // Collect the values used by the bonus inst
2115       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2116       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2117            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2118         Value *V = *OI;
2119         if (!isa<Constant>(V))
2120           UsedValues.insert(V);
2121       }
2122
2123       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2124       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2125
2126       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2127       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2128       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2129       while (!Worklist.empty()) {
2130         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2131         Worklist.pop_back();
2132
2133         if (Pair.second >= 4) continue;
2134         UsedValues.erase(Pair.first);
2135         if (UsedValues.empty()) break;
2136
2137         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2138           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2139                OI != OE; ++OI)
2140             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2141         }
2142       }
2143
2144       if (!UsedValues.empty()) return false;
2145     }
2146
2147     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2148     IRBuilder<> Builder(PBI);
2149
2150     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2151     if (InvertPredCond) {
2152       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2153
2154       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2155         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2156         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2157       } else {
2158         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2159                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2160       }
2161
2162       PBI->setCondition(NewCond);
2163       PBI->swapSuccessors();
2164     }
2165
2166     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2167     Instruction *NewBonus = 0;
2168     if (BonusInst) {
2169       NewBonus = BonusInst->clone();
2170       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2171       NewBonus->takeName(BonusInst);
2172       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2173     }
2174
2175     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2176     // two conditions together.
2177     Instruction *New = Cond->clone();
2178     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2179     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2180     New->takeName(Cond);
2181     Cond->setName(New->getName()+".old");
2182
2183     if (BI->isConditional()) {
2184       Instruction *NewCond =
2185         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2186                                             New, "or.cond"));
2187       PBI->setCondition(NewCond);
2188
2189       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2190       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2191                                                   PredFalseWeight);
2192       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2193                                                   SuccFalseWeight);
2194       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2195
2196       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2197         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2198           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2199           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2200           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2201           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2202           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2203           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2204           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2205           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2206           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2207                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2208         }
2209         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2210         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2211       }
2212       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2213         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2214           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2215           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2216           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2217           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2218           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2219               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2220           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2221           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2222         }
2223         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2224         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2225       }
2226       if (NewWeights.size() == 2) {
2227         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2228         FitWeights(NewWeights);
2229
2230         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2231         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2232                          MDBuilder(BI->getContext()).
2233                          createBranchWeights(MDWeights));
2234       } else
2235         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2236     } else {
2237       // Update PHI nodes in the common successors.
2238       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2239         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2240           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2241         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2242         Instruction *MergedCond = 0;
2243         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2244           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2245           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2246           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2247           Instruction *NotCond =
2248             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2249                                 "not.cond"));
2250           MergedCond =
2251             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2252                                 NotCond, New,
2253                                 "and.cond"));
2254           if (PBI_C->isOne())
2255             MergedCond =
2256               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2257                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2258                                   "or.cond"));
2259         } else {
2260           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2261           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2262           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2263           MergedCond =
2264             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2265                                 PBI->getCondition(), New,
2266                                 "and.cond"));
2267           if (PBI_C->isOne()) {
2268             Instruction *NotCond =
2269               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2270                                   "not.cond"));
2271             MergedCond =
2272               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2273                                   NotCond, MergedCond,
2274                                   "or.cond"));
2275           }
2276         }
2277         // Update PHI Node.
2278         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2279                                   MergedCond);
2280       }
2281       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2282       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2283       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2284       PBI = New_PBI;
2285     }
2286
2287     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2288     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2289
2290     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2291     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2292       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2293         I->clone()->insertBefore(PBI);
2294
2295     return true;
2296   }
2297   return false;
2298 }
2299
2300 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2301 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2302 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2303 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2304 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2305   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2306   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2307
2308   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2309   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2310   // this conditional branch redundant.
2311   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2312       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2313     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2314     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2315     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2316       // Turn this into a branch on constant.
2317       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2318       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2319                                         CondIsTrue));
2320       return true;  // Nuke the branch on constant.
2321     }
2322
2323     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2324     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2325     // simplifycfg will thread the block.
2326     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2327       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2328       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2329                                        std::distance(PB, PE),
2330                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2331                                        BB->begin());
2332       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2333       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2334       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2335       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2336         BasicBlock *P = *PI;
2337         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2338             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2339             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2340             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2341           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2342           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2343                                               CondIsTrue), P);
2344         } else {
2345           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2346         }
2347       }
2348
2349       BI->setCondition(NewPN);
2350       return true;
2351     }
2352   }
2353
2354   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2355   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2356   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2357   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2358   // Ignore dbg intrinsics.
2359   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2360     ++BBI;
2361   if (&*BBI != BI)
2362     return false;
2363
2364
2365   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2366     if (CE->canTrap())
2367       return false;
2368
2369   int PBIOp, BIOp;
2370   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2371     PBIOp = BIOp = 0;
2372   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2373     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2374   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2375     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2376   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2377     PBIOp = BIOp = 1;
2378   else
2379     return false;
2380
2381   // Check to make sure that the other destination of this branch
2382   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2383   // keep getting unwound.
2384   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2385     return false;
2386
2387   // Do not perform this transformation if it would require
2388   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2389   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2390   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2391
2392   unsigned NumPhis = 0;
2393   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2394        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2395     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2396       return false;
2397
2398   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2399   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2400
2401   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2402                << "AND: " << *BI->getParent());
2403
2404
2405   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2406   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2407   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2408   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2409   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2410   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2411   // infinite loop with no cond branch.
2412   if (OtherDest == BB) {
2413     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2414     // or it won't matter if it's hot. :)
2415     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2416                                                   "infloop", BB->getParent());
2417     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2418     OtherDest = InfLoopBlock;
2419   }
2420
2421   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2422
2423   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2424   // it alone, but modify PBI.
2425
2426   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2427   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2428   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2429   if (PBIOp)
2430     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2431
2432   Value *BICond = BI->getCondition();
2433   if (BIOp)
2434     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2435
2436   // Merge the conditions.
2437   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2438
2439   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2440   PBI->setCondition(Cond);
2441   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2442   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2443
2444   // Update branch weight for PBI.
2445   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2446   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2447                                               PredFalseWeight);
2448   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2449                                               SuccFalseWeight);
2450   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2451     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2452     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2453     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2454     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2455     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2456     //                                    PredOther * SuccCommon.
2457     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2458     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2459     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2460                          PredOther * SuccCommon);
2461     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2462     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2463     FitWeights(NewWeights);
2464
2465     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2466     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2467                      MDBuilder(BI->getContext()).
2468                      createBranchWeights(MDWeights));
2469   }
2470
2471   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2472   // block that are identical to the entries for BI's block.
2473   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2474
2475   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2476   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2477   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2478   // them agree.
2479   PHINode *PN;
2480   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2481        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2482     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2483     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2484     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2485     if (BIV != PBIV) {
2486       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2487       Value *NV = cast<SelectInst>
2488         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2489       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2490     }
2491   }
2492
2493   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2494   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2495
2496   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2497   // one fewer predecessor.
2498   return true;
2499 }
2500
2501 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2502 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2503 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2504 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2505 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2506 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2507                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2508                                        uint32_t TrueWeight,
2509                                        uint32_t FalseWeight){
2510   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2511   // First, figure out which successors to preserve.
2512   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2513   // successor.
2514   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2515   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2516
2517   // Then remove the rest.
2518   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2519     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2520     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2521     if (Succ == KeepEdge1)
2522       KeepEdge1 = 0;
2523     else if (Succ == KeepEdge2)
2524       KeepEdge2 = 0;
2525     else
2526       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2527   }
2528
2529   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2530   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2531
2532   // Insert an appropriate new terminator.
2533   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2534     if (TrueBB == FalseBB)
2535       // We were only looking for one successor, and it was present.
2536       // Create an unconditional branch to it.
2537       Builder.CreateBr(TrueBB);
2538     else {
2539       // We found both of the successors we were looking for.
2540       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2541       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2542       if (TrueWeight != FalseWeight)
2543         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2544                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2545                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2546     }
2547   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2548     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2549     // terminator must be unreachable.
2550     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2551   } else {
2552     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2553     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2554     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2555     if (KeepEdge1 == 0)
2556       // Only TrueBB was found.
2557       Builder.CreateBr(TrueBB);
2558     else
2559       // Only FalseBB was found.
2560       Builder.CreateBr(FalseBB);
2561   }
2562
2563   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2564   return true;
2565 }
2566
2567 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2568 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2569 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2570 // unconditional otherwise.
2571 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2572   // Check for constant integer values in the select.
2573   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2574   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2575   if (!TrueVal || !FalseVal)
2576     return false;
2577
2578   // Find the relevant condition and destinations.
2579   Value *Condition = Select->getCondition();
2580   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2581   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2582
2583   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2584   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2585   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2586   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2587   if (HasWeights) {
2588     GetBranchWeights(SI, Weights);
2589     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2590       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2591                                      getSuccessorIndex()];
2592       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2593                                       getSuccessorIndex()];
2594     }
2595   }
2596
2597   // Perform the actual simplification.
2598   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2599                                     TrueWeight, FalseWeight);
2600 }
2601
2602 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2603 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2604 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2605 // with
2606 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2607 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2608   // Check that both operands of the select are block addresses.
2609   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2610   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2611   if (!TBA || !FBA)
2612     return false;
2613
2614   // Extract the actual blocks.
2615   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2616   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2617
2618   // Perform the actual simplification.
2619   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2620                                     0, 0);
2621 }
2622
2623 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2624 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2625 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2626 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2627 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2628 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2629 /// like:
2630 ///
2631 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2632 /// DEFAULT:
2633 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2634 ///   br label %end
2635 /// end:
2636 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2637 ///
2638 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2639 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2640 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2641     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2642     const DataLayout *TD) {
2643   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2644
2645   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2646   // complex.
2647   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2648
2649   Value *V = ICI->getOperand(0);
2650   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2651
2652   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2653   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2654   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2655   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2656   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2657
2658   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2659   if (SI->getCondition() != V)
2660     return false;
2661
2662   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2663   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2664   // away.
2665   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2666     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2667     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2668     ICI->setOperand(0, VVal);
2669
2670     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2671       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2672       ICI->eraseFromParent();
2673     }
2674     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2675     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2676   }
2677
2678   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2679   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2680   // and zap it.
2681   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2682     Value *V;
2683     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2684       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2685     else
2686       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2687
2688     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2689     ICI->eraseFromParent();
2690     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2691     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2692   }
2693
2694   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2695   // the block.
2696   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2697   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2698   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2699       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2700     return false;
2701
2702   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2703   // true in the PHI.
2704   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2705   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2706
2707   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2708     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2709
2710   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2711   // false depending on if it is EQ or NE.
2712   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2713   ICI->eraseFromParent();
2714
2715   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2716   // the switch to the merge point on the compared value.
2717   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2718                                          BB->getParent(), BB);
2719   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2720   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2721   if (HasWeights) {
2722     GetBranchWeights(SI, Weights);
2723     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2724       // Split weight for default case to case for "Cst".
2725       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2726       Weights.push_back(Weights[0]);
2727
2728       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2729       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2730                       MDBuilder(SI->getContext()).
2731                       createBranchWeights(MDWeights));
2732     }
2733   }
2734   SI->addCase(Cst, NewBB);
2735
2736   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2737   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2738   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2739   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2740   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2741   return true;
2742 }
2743
2744 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2745 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2746 /// fold it into a switch instruction if so.
2747 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2748                                       IRBuilder<> &Builder) {
2749   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2750   if (Cond == 0) return false;
2751
2752
2753   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2754   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2755   // 'setne's and'ed together, collect them.
2756   Value *CompVal = 0;
2757   std::vector<ConstantInt*> Values;
2758   bool TrueWhenEqual = true;
2759   Value *ExtraCase = 0;
2760   unsigned UsedICmps = 0;
2761
2762   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2763     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2764                                      UsedICmps);
2765   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2766     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2767                                      UsedICmps);
2768     TrueWhenEqual = false;
2769   }
2770
2771   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2772   if (CompVal == 0) return false;
2773
2774   // Avoid turning single icmps into a switch.
2775   if (UsedICmps <= 1)
2776     return false;
2777
2778   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2779   // instruction can't handle, remove them now.
2780   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2781   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2782
2783   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2784   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2785   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2786
2787   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2788   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2789
2790   // Figure out which block is which destination.
2791   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2792   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2793   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2794
2795   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2796
2797   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2798                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2799
2800   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2801   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2802   // right before the condbr to handle it.
2803   if (ExtraCase) {
2804     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2805     // Remove the uncond branch added to the old block.
2806     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2807     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2808
2809     if (TrueWhenEqual)
2810       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2811     else
2812       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2813
2814     OldTI->eraseFromParent();
2815
2816     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2817     // for the edge we just added.
2818     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2819
2820     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2821           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2822     BB = NewBB;
2823   }
2824
2825   Builder.SetInsertPoint(BI);
2826   // Convert pointer to int before we switch.
2827   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2828     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2829     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2830                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2831                                      "magicptr");
2832   }
2833
2834   // Create the new switch instruction now.
2835   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2836
2837   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2838   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2839     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2840
2841   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2842   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2843   // the number of edges added.
2844   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2845        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2846     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2847     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2848     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2849       PN->addIncoming(InVal, BB);
2850   }
2851
2852   // Erase the old branch instruction.
2853   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2854
2855   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2856   return true;
2857 }
2858
2859 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2860   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2861   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2862   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2863   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2864   if (RI->getValue() != LPInst)
2865     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2866     // caused control to branch here.
2867     return false;
2868
2869   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2870   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2871   while (++I != E)
2872     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2873       return false;
2874
2875   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2876   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2877   bool Changed = false;
2878   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2879     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2880
2881     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2882       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2883       // the table.
2884       InvokeRequiresTableEntry = true;
2885       continue;
2886     }
2887
2888     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2889
2890     // Insert a call instruction before the invoke.
2891     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2892     Call->takeName(II);
2893     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2894     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2895     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2896
2897     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2898     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2899     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2900     // updated.
2901     II->replaceAllUsesWith(Call);
2902     BB->removePredecessor(II->getParent());
2903
2904     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2905     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2906
2907     // Finally, delete the invoke instruction!
2908     II->eraseFromParent();
2909     Changed = true;
2910   }
2911
2912   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2913     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2914     BB->eraseFromParent();
2915
2916   return Changed;
2917 }
2918
2919 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2920   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2921   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2922
2923   // Find predecessors that end with branches.
2924   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2925   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2926   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2927     BasicBlock *P = *PI;
2928     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2929     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2930       if (BI->isUnconditional())
2931         UncondBranchPreds.push_back(P);
2932       else
2933         CondBranchPreds.push_back(BI);
2934     }
2935   }
2936
2937   // If we found some, do the transformation!
2938   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2939     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2940       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2941       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2942             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2943       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2944     }
2945
2946     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2947     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2948       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2949       BB->eraseFromParent();
2950
2951     return true;
2952   }
2953
2954   // Check out all of the conditional branches going to this return
2955   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2956   // branch itself into a select/return pair.
2957   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2958     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2959
2960     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2961     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2962         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2963         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2964       return true;
2965   }
2966   return false;
2967 }
2968
2969 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2970   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2971
2972   bool Changed = false;
2973
2974   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2975   // be removed, do so.
2976   while (UI != BB->begin()) {
2977     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2978     --BBI;
2979     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2980     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2981     // operations may have this effect.
2982     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2983
2984     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2985       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2986         if (SI->isVolatile())
2987           break;
2988       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2989         if (LI->isVolatile())
2990           break;
2991       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2992         if (RMWI->isVolatile())
2993           break;
2994       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2995         if (CXI->isVolatile())
2996           break;
2997       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2998                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2999         break;
3000       }
3001       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3002       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3003       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3004       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3005     }
3006
3007     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3008     if (!BBI->use_empty())
3009       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3010     BBI->eraseFromParent();
3011     Changed = true;
3012   }
3013
3014   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3015   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3016   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3017
3018   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3019   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3020     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3021     IRBuilder<> Builder(TI);
3022     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3023       if (BI->isUnconditional()) {
3024         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3025           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3026           TI->eraseFromParent();
3027           Changed = true;
3028         }
3029       } else {
3030         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3031           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3032           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3033         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3034           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3035           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3036           Changed = true;
3037         }
3038       }
3039     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3040       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3041            i != e; ++i)
3042         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3043           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3044           SI->removeCase(i);
3045           --i; --e;
3046           Changed = true;
3047         }
3048       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3049       // destination and make it the default.
3050       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3051         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3052         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3053              i != e; ++i) {
3054           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3055               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3056           if (entry.first == 0) {
3057             entry.first = 1;
3058             entry.second = i.getCaseIndex();
3059           } else {
3060             entry.first++;
3061           }
3062         }
3063
3064         // Find the most popular block.
3065         unsigned MaxPop = 0;
3066         unsigned MaxIndex = 0;
3067         BasicBlock *MaxBlock = 0;
3068         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3069              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3070           if (I->second.first > MaxPop ||
3071               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3072             MaxPop = I->second.first;
3073             MaxIndex = I->second.second;
3074             MaxBlock = I->first;
3075           }
3076         }
3077         if (MaxBlock) {
3078           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3079           // edges to it.
3080           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3081           Changed = true;
3082
3083           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3084           // it.
3085           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3086             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3087               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3088
3089           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3090                i != e; ++i)
3091             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3092               SI->removeCase(i);
3093               --i; --e;
3094             }
3095         }
3096       }
3097     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3098       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3099         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3100         // place to note that the call does not throw though.
3101         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3102         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3103
3104         // Insert the call now...
3105         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3106         Builder.SetInsertPoint(BI);
3107         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3108                                           Args, II->getName());
3109         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3110         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3111         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3112         II->replaceAllUsesWith(CI);
3113         delete II;
3114         Changed = true;
3115       }
3116     }
3117   }
3118
3119   // If this block is now dead, remove it.
3120   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3121       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3122     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3123     BB->eraseFromParent();
3124     return true;
3125   }
3126
3127   return Changed;
3128 }
3129
3130 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3131 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3132 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3133   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3134
3135   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3136   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3137   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3138   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3139   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3140   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3141     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3142       return false;
3143     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3144   }
3145   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3146
3147   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3148   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3149   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3150     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3151       return false;
3152   }
3153
3154   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3155   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3156
3157   Value *Sub = SI->getCondition();
3158   if (!Offset->isNullValue())
3159     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3160   Value *Cmp;
3161   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3162   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3163     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3164   else
3165     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3166   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3167       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3168
3169   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3170   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3171   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3172   if (HasWeights) {
3173     GetBranchWeights(SI, Weights);
3174     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3175       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3176       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3177       // bits.
3178       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3179       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3180         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3181       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3182                          MDBuilder(SI->getContext()).
3183                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3184                                              (uint32_t)Weights[0]));
3185     }
3186   }
3187
3188   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3189   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3190        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3191     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3192       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3193   }
3194   SI->eraseFromParent();
3195
3196   return true;
3197 }
3198
3199 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3200 /// and use it to remove dead cases.
3201 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3202   Value *Cond = SI->getCondition();
3203   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
3204   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3205   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3206
3207   // Gather dead cases.
3208   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3209   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3210     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3211         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3212       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3213       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3214                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3215     }
3216   }
3217
3218   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3219   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3220   if (HasWeight) {
3221     GetBranchWeights(SI, Weights);
3222     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3223   }
3224
3225   // Remove dead cases from the switch.
3226   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3227     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3228     assert(Case != SI->case_default() &&
3229            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3230     if (HasWeight) {
3231       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3232       Weights.pop_back();
3233     }
3234
3235     // Prune unused values from PHI nodes.
3236     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3237     SI->removeCase(Case);
3238   }
3239   if (HasWeight) {
3240     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3241     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3242                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3243                     createBranchWeights(MDWeights));
3244   }
3245
3246   return !DeadCases.empty();
3247 }
3248
3249 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3250 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3251 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3252 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3253 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3254 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3255                                               BasicBlock *BB,
3256                                               int *PhiIndex) {
3257   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3258     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3259   if (!BB->getSinglePredecessor())
3260     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3261
3262   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3263   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3264     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3265
3266   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3267
3268   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3269   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3270     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3271     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3272
3273     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3274     if (InValue != CaseValue) continue;
3275
3276     *PhiIndex = Idx;
3277     return PHI;
3278   }
3279
3280   return NULL;
3281 }
3282
3283 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3284 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3285 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3286 /// Returns true if a change is made.
3287 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3288   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3289   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3290
3291   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3292     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3293     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3294
3295     int PhiIndex;
3296     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3297                                                  &PhiIndex);
3298     if (!PHI) continue;
3299
3300     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3301   }
3302
3303   bool Changed = false;
3304
3305   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3306        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3307     PHINode *Phi = I->first;
3308     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
3309
3310     if (Indexes.size() < 2) continue;
3311
3312     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3313       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3314     Changed = true;
3315   }
3316
3317   return Changed;
3318 }
3319
3320 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3321 /// initializing an array of constants like C.
3322 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3323   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3324     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3325
3326   return isa<ConstantFP>(C) ||
3327       isa<ConstantInt>(C) ||
3328       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3329       isa<GlobalValue>(C) ||
3330       isa<UndefValue>(C);
3331 }
3332
3333 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3334 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3335 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3336                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3337   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3338     return C;
3339   return ConstantPool.lookup(V);
3340 }
3341
3342 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3343 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3344 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3345 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3346 static Constant *ConstantFold(Instruction *I,
3347                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3348   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3349     Constant *A = LookupConstant(BO->getOperand(0), ConstantPool);
3350     if (!A)
3351       return 0;
3352     Constant *B = LookupConstant(BO->getOperand(1), ConstantPool);
3353     if (!B)
3354       return 0;
3355     return ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), A, B);
3356   }
3357
3358   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3359     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3360     if (!A)
3361       return 0;
3362     Constant *B = LookupConstant(I->getOperand(1), ConstantPool);
3363     if (!B)
3364       return 0;
3365     return ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(), A, B);
3366   }
3367
3368   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3369     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3370     if (!A)
3371       return 0;
3372     if (A->isAllOnesValue())
3373       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3374     if (A->isNullValue())
3375       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3376     return 0;
3377   }
3378
3379   if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3380     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3381     if (!A)
3382       return 0;
3383     return ConstantExpr::getCast(Cast->getOpcode(), A, Cast->getDestTy());
3384   }
3385
3386   return 0;
3387 }
3388
3389 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3390 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3391 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3392 /// case), of a switch instruction SI.
3393 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3394                            ConstantInt *CaseVal,
3395                            BasicBlock *CaseDest,
3396                            BasicBlock **CommonDest,
3397                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
3398   // The block from which we enter the common destination.
3399   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3400
3401   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3402   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3403   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3404   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3405   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3406        ++I) {
3407     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3408       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3409       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3410         return false;
3411       Pred = CaseDest;
3412       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3413     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3414       // Skip debug intrinsic.
3415       continue;
3416     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool)) {
3417       // Instruction is side-effect free and constant.
3418       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3419     } else {
3420       break;
3421     }
3422   }
3423
3424   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3425   if (!*CommonDest)
3426     *CommonDest = CaseDest;
3427   // If the destination isn't the common one, abort.
3428   if (CaseDest != *CommonDest)
3429     return false;
3430
3431   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3432   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3433   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3434     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3435     if (Idx == -1)
3436       continue;
3437
3438     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3439                                         ConstantPool);
3440     if (!ConstVal)
3441       return false;
3442
3443     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3444     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3445     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3446     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3447     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3448
3449     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3450     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3451       return false;
3452
3453     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3454   }
3455
3456   return true;
3457 }
3458
3459 namespace {
3460   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3461   /// to replace a switch.
3462   class SwitchLookupTable {
3463   public:
3464     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3465     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3466     /// table.
3467     SwitchLookupTable(Module &M,
3468                       uint64_t TableSize,
3469                       ConstantInt *Offset,
3470                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3471                       Constant *DefaultValue,
3472                       const DataLayout *TD);
3473
3474     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3475     /// the position given by Index in the lookup table.
3476     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3477
3478     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3479     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3480     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3481                                    uint64_t TableSize,
3482                                    const Type *ElementType);
3483
3484   private:
3485     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3486     // different ways.
3487     enum {
3488       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3489       // store that single value and return it for each lookup.
3490       SingleValueKind,
3491
3492       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3493       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3494       // shift and mask operations.
3495       BitMapKind,
3496
3497       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3498       // instructions from the table.
3499       ArrayKind
3500     } Kind;
3501
3502     // For SingleValueKind, this is the single value.
3503     Constant *SingleValue;
3504
3505     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3506     ConstantInt *BitMap;
3507     IntegerType *BitMapElementTy;
3508
3509     // For ArrayKind, this is the array.
3510     GlobalVariable *Array;
3511   };
3512 }
3513
3514 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3515                                      uint64_t TableSize,
3516                                      ConstantInt *Offset,
3517                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3518                                      Constant *DefaultValue,
3519                                      const DataLayout *TD)
3520     : SingleValue(0), BitMap(0), BitMapElementTy(0), Array(0) {
3521   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3522   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3523
3524   // If all values in the table are equal, this is that value.
3525   SingleValue = Values.begin()->second;
3526
3527   // Build up the table contents.
3528   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3529   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3530     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3531     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3532     assert(CaseRes->getType() == DefaultValue->getType());
3533
3534     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3535                    .getLimitedValue();
3536     TableContents[Idx] = CaseRes;
3537
3538     if (CaseRes != SingleValue)
3539       SingleValue = 0;
3540   }
3541
3542   // Fill in any holes in the table with the default result.
3543   if (Values.size() < TableSize) {
3544     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3545       if (!TableContents[I])
3546         TableContents[I] = DefaultValue;
3547     }
3548
3549     if (DefaultValue != SingleValue)
3550       SingleValue = 0;
3551   }
3552
3553   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3554   // that single value.
3555   if (SingleValue) {
3556     Kind = SingleValueKind;
3557     return;
3558   }
3559
3560   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3561   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, DefaultValue->getType())) {
3562     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(DefaultValue->getType());
3563     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3564     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3565       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3566       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3567       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3568         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3569         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3570       }
3571     }
3572     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3573     BitMapElementTy = IT;
3574     Kind = BitMapKind;
3575     ++NumBitMaps;
3576     return;
3577   }
3578
3579   // Store the table in an array.
3580   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultValue->getType(), TableSize);
3581   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3582
3583   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3584                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3585                              Initializer,
3586                              "switch.table");
3587   Array->setUnnamedAddr(true);
3588   Kind = ArrayKind;
3589 }
3590
3591 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3592   switch (Kind) {
3593     case SingleValueKind:
3594       return SingleValue;
3595     case BitMapKind: {
3596       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3597       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3598
3599       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3600       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3601       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3602       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3603
3604       // Multiply the shift amount by the element width.
3605       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3606                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3607                                    "switch.shiftamt");
3608
3609       // Shift down.
3610       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3611                                               "switch.downshift");
3612       // Mask off.
3613       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3614                                  "switch.masked");
3615     }
3616     case ArrayKind: {
3617       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3618       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3619                                              "switch.gep");
3620       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3621     }
3622   }
3623   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3624 }
3625
3626 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3627                                            uint64_t TableSize,
3628                                            const Type *ElementType) {
3629   if (!TD)
3630     return false;
3631   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3632   if (!IT)
3633     return false;
3634   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3635   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3636
3637   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3638   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3639     return false;
3640   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3641 }
3642
3643 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3644 /// for this switch, based on the number of caes, size of the table and the
3645 /// types of the results.
3646 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3647                                    uint64_t TableSize,
3648                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3649                                    const DataLayout *TD,
3650                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3651   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3652     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3653
3654   bool AllTablesFitInRegister = true;
3655   bool HasIllegalType = false;
3656   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3657        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3658     Type *Ty = I->second;
3659
3660     // Saturate this flag to true.
3661     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3662
3663     // Saturate this flag to false.
3664     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3665       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, Ty);
3666
3667     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3668     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3669     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3670     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3671       break;
3672   }
3673
3674   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3675   if (AllTablesFitInRegister)
3676     return true;
3677
3678   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3679   if (HasIllegalType)
3680     return false;
3681
3682   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3683   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3684   // FIXME: Find the best cut-off.
3685   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3686 }
3687
3688 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3689 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3690 /// replace the switch with lookup tables.
3691 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3692                                 IRBuilder<> &Builder,
3693                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3694                                 const DataLayout* TD) {
3695   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3696
3697   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3698   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3699     return false;
3700
3701   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3702   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3703
3704   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3705   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3706   // string and lookup indices into that.
3707
3708   // Ignore the switch if the number of cases is too small.
3709   // This is similar to the check when building jump tables in
3710   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3711   // FIXME: Determine the best cut-off.
3712   if (SI->getNumCases() < 4)
3713     return false;
3714
3715   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3716   // common destination, as well as the the min and max case values.
3717   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3718   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3719   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3720   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3721
3722   BasicBlock *CommonDest = 0;
3723   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3724   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3725   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3726   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3727   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3728
3729   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3730     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3731     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3732       MinCaseVal = CaseVal;
3733     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3734       MaxCaseVal = CaseVal;
3735
3736     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3737     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3738     ResultsTy Results;
3739     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3740                         Results))
3741       return false;
3742
3743     // Append the result from this case to the list for each phi.
3744     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3745       if (!ResultLists.count(I->first))
3746         PHIs.push_back(I->first);
3747       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3748     }
3749   }
3750
3751   // Get the resulting values for the default case.
3752   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3753   if (!GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3754                       DefaultResultsList))
3755     return false;
3756   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3757     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3758     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3759     DefaultResults[PHI] = Result;
3760     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3761   }
3762
3763   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3764   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3765   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, TD, ResultTypes))
3766     return false;
3767
3768   // Create the BB that does the lookups.
3769   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3770   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3771                                             "switch.lookup",
3772                                             CommonDest->getParent(),
3773                                             CommonDest);
3774
3775   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3776   // the new BB.
3777   Builder.SetInsertPoint(SI);
3778   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3779                                         "switch.tableidx");
3780   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3781       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3782   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3783
3784   // Populate the BB that does the lookups.
3785   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3786   bool ReturnedEarly = false;
3787   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3788     PHINode *PHI = PHIs[I];
3789
3790     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3791                             DefaultResults[PHI], TD);
3792
3793     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3794
3795     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3796     // do that right here.
3797     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3798         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3799       Builder.CreateRet(Result);
3800       ReturnedEarly = true;
3801       break;
3802     }
3803
3804     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3805   }
3806
3807   if (!ReturnedEarly)
3808     Builder.CreateBr(CommonDest);
3809
3810   // Remove the switch.
3811   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3812     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3813     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3814     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3815   }
3816   SI->eraseFromParent();
3817
3818   ++NumLookupTables;
3819   return true;
3820 }
3821
3822 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3823   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3824
3825   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3826     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3827     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3828     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3829       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3830         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3831
3832     Value *Cond = SI->getCondition();
3833     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3834       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3835         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3836
3837     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3838     // away into any preds.
3839     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3840     // Ignore dbg intrinsics.
3841     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3842       ++BBI;
3843     if (SI == &*BBI)
3844       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3845         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3846   }
3847
3848   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3849   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3850     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3851
3852   // Remove unreachable cases.
3853   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3854     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3855
3856   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3857     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3858
3859   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, TD))
3860     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3861
3862   return false;
3863 }
3864
3865 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3866   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3867   bool Changed = false;
3868
3869   // Eliminate redundant destinations.
3870   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3871   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3872     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3873     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3874       Dest->removePredecessor(BB);
3875       IBI->removeDestination(i);
3876       --i; --e;
3877       Changed = true;
3878     }
3879   }
3880
3881   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3882     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3883     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3884     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3885     return true;
3886   }
3887
3888   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3889     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3890     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3891     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3892     return true;
3893   }
3894
3895   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3896     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3897       return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3898   }
3899   return Changed;
3900 }
3901
3902 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3903   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3904
3905   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3906     return true;
3907
3908   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3909   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3910   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3911       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3912     return true;
3913
3914   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3915   // against a constant, try to simplify the block.
3916   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3917     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3918       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3919         ;
3920       if (I->isTerminator() &&
3921           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, TD))
3922         return true;
3923     }
3924
3925   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3926   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3927   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3928   // for PHI nodes in common successor.
3929   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3930     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3931   return false;
3932 }
3933
3934
3935 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3936   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3937
3938   // Conditional branch
3939   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3940     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3941     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3942     // switch.
3943     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3944       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3945         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3946
3947     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3948     // Ignore dbg intrinsics.
3949     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3950     // Ignore dbg intrinsics.
3951     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3952       ++I;
3953     if (&*I == BI) {
3954       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3955         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3956     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3957       ++I;
3958       // Ignore dbg intrinsics.
3959       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3960         ++I;
3961       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3962         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3963     }
3964   }
3965
3966   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3967   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3968     return true;
3969
3970   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3971   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3972   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3973   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3974     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3975
3976   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3977   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3978   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3979   // can hoist it up to the branching block.
3980   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3981     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3982       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3983         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3984     } else {
3985       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3986       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3987       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3988       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3989           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3990         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
3991           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3992     }
3993   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3994     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
3995     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
3996     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
3997     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3998         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
3999       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
4000         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4001   }
4002
4003   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4004   // through this block if any PHI node entries are constants.
4005   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4006     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4007       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
4008         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4009
4010   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4011   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4012     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4013       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4014         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4015           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4016
4017   return false;
4018 }
4019
4020 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4021 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4022   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4023   if (!C)
4024     return false;
4025
4026   if (I->use_empty())
4027     return false;
4028
4029   if (C->isNullValue()) {
4030     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4031     User *Use = *I->use_begin();
4032
4033     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4034     // control flow (eg. calls)
4035     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4036       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4037         return false;
4038
4039     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4040     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4041       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4042         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4043
4044     // Look through bitcasts.
4045     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4046       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4047
4048     // Load from null is undefined.
4049     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4050       if (!LI->isVolatile())
4051         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4052
4053     // Store to null is undefined.
4054     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4055       if (!SI->isVolatile())
4056         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4057   }
4058   return false;
4059 }
4060
4061 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4062 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4063 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4064   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4065        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4066     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4067       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4068         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4069         IRBuilder<> Builder(T);
4070         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4071           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4072           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4073           // destination from conditional branches.
4074           if (BI->isUnconditional())
4075             Builder.CreateUnreachable();
4076           else
4077             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4078                                                          BI->getSuccessor(0));
4079           BI->eraseFromParent();
4080           return true;
4081         }
4082         // TODO: SwitchInst.
4083       }
4084
4085   return false;
4086 }
4087
4088 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4089   bool Changed = false;
4090
4091   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4092   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4093
4094   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4095   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4096   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4097        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4098       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4099     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4100     DeleteDeadBlock(BB);
4101     return true;
4102   }
4103
4104   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4105   // away...
4106   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4107
4108   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4109   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4110
4111   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4112   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4113
4114   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4115   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4116   // if there are no PHI nodes.
4117   //
4118   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4119     return true;
4120
4121   IRBuilder<> Builder(BB);
4122
4123   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4124   // eliminate it, do so now.
4125   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4126     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4127       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
4128
4129   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4130   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4131     if (BI->isUnconditional()) {
4132       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4133     } else {
4134       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4135     }
4136   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4137     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4138   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4139     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4140   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4141     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4142   } else if (UnreachableInst *UI =
4143                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4144     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4145   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4146                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4147     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4148   }
4149
4150   return Changed;
4151 }
4152
4153 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4154 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4155 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4156 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4157 ///
4158 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4159                        const DataLayout *TD) {
4160   return SimplifyCFGOpt(TTI, TD).run(BB);
4161 }