Simplify code. No functionality change.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/Constants.h"
17 #include "llvm/DerivedTypes.h"
18 #include "llvm/GlobalVariable.h"
19 #include "llvm/IRBuilder.h"
20 #include "llvm/Instructions.h"
21 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
22 #include "llvm/LLVMContext.h"
23 #include "llvm/MDBuilder.h"
24 #include "llvm/Metadata.h"
25 #include "llvm/Module.h"
26 #include "llvm/Operator.h"
27 #include "llvm/Type.h"
28 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
29 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
30 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
34 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
35 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
36 #include "llvm/Support/CFG.h"
37 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
38 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include "llvm/DataLayout.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
44 #include <algorithm>
45 #include <set>
46 #include <map>
47 using namespace llvm;
48
49 static cl::opt<unsigned>
50 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
51    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
52
53 static cl::opt<bool>
54 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
55        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
56
57 static cl::opt<bool>
58 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
59        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
60
61 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
62 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
63 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
64 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
65
66 namespace {
67   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
68   struct ValueEqualityComparisonCase {
69     ConstantInt *Value;
70     BasicBlock *Dest;
71
72     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
73       : Value(Value), Dest(Dest) {}
74
75     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
76       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
77       return Value < RHS.Value;
78     }
79
80     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
81   };
82
83 class SimplifyCFGOpt {
84   const DataLayout *const TD;
85
86   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
87   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
88                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
89   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
90                                                      BasicBlock *Pred,
91                                                      IRBuilder<> &Builder);
92   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
93                                            IRBuilder<> &Builder);
94
95   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
96   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
97   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
98   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
99   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
100   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
101   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
102
103 public:
104   explicit SimplifyCFGOpt(const DataLayout *td) : TD(td) {}
105   bool run(BasicBlock *BB);
106 };
107 }
108
109 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
110 /// terminator instructions together.
111 ///
112 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
113   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
114
115   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
116   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
117   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
118   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
119   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
120   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
121
122   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
123     if (SI1Succs.count(*I))
124       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
125            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
126         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
127         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
128             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
129           return false;
130       }
131
132   return true;
133 }
134
135 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
136 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
137 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
138 /// successors.
139 ///
140 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
141                                           BranchInst *SI2,
142                                           Instruction *Cond,
143                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
144   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
145   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
146
147   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
148   // common successors:
149   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
150   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
151   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
152   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
153   if (!Ci2) return false;
154   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
155         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
156       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
157         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
158     return false;
159
160   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
161   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
162   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
163   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
164     if (SI1Succs.count(*I))
165       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
166            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
167         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
168         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
169             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
170           return false;
171         PhiNodes.push_back(PN);
172       }
173   return true;
174 }
175
176 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
177 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
178 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
179 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
180 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
181                                   BasicBlock *ExistPred) {
182   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
183
184   PHINode *PN;
185   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
186        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
187     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
188 }
189
190
191 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
192 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
193 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
194 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
195 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
196 /// be entered if the condition is false.
197 ///
198 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
199 /// instructions in them.
200 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
201                              BasicBlock *&IfFalse) {
202   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
203   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
204          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
205   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
206   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
207
208   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
209   // branches if possible anyway.
210   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
211   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
212   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
213     return 0;
214
215   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
216   // either are.
217   if (Pred2Br->isConditional()) {
218     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
219     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
220     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
221     // probably not profitable.
222     if (Pred1Br->isConditional())
223       return 0;
224
225     std::swap(Pred1, Pred2);
226     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
227   }
228
229   if (Pred1Br->isConditional()) {
230     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
231     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
232     // doesn't dominate BB.
233     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
234       return 0;
235
236     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
237     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
238     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
239         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
240       IfTrue = Pred1;
241       IfFalse = Pred2;
242     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
243                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
244       IfTrue = Pred2;
245       IfFalse = Pred1;
246     } else {
247       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
248       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
249       return 0;
250     }
251
252     return Pred1Br->getCondition();
253   }
254
255   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
256   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
257   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
258   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
259   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
260     return 0;
261
262   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
263   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
264   if (BI == 0) return 0;
265
266   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
267   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
268     IfTrue = Pred1;
269     IfFalse = Pred2;
270   } else {
271     IfTrue = Pred2;
272     IfFalse = Pred1;
273   }
274   return BI->getCondition();
275 }
276
277 /// ComputeSpeculuationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
278 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
279 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
280 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
281   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
282          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
283   switch (Operator::getOpcode(I)) {
284   default:
285     // In doubt, be conservative.
286     return UINT_MAX;
287   case Instruction::GetElementPtr:
288     // GEPs are cheap if all indices are constant.
289     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
290       return UINT_MAX;
291     return 1;
292   case Instruction::Load:
293   case Instruction::Add:
294   case Instruction::Sub:
295   case Instruction::And:
296   case Instruction::Or:
297   case Instruction::Xor:
298   case Instruction::Shl:
299   case Instruction::LShr:
300   case Instruction::AShr:
301   case Instruction::ICmp:
302   case Instruction::Trunc:
303   case Instruction::ZExt:
304   case Instruction::SExt:
305     return 1; // These are all cheap.
306
307   case Instruction::Call:
308   case Instruction::Select:
309     return 2;
310   }
311 }
312
313 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
314 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
315 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
316 /// which works well enough for us.
317 ///
318 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
319 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
320 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
321 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
322 /// set and true is returned.
323 ///
324 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
325 /// Select whose cost is 2.
326 ///
327 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
328 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
329 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
330 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
331                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
332                                 unsigned &CostRemaining) {
333   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
334   if (!I) {
335     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
336     // can be executed unconditionally.
337     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
338       if (C->canTrap())
339         return false;
340     return true;
341   }
342   BasicBlock *PBB = I->getParent();
343
344   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
345   // the bottom of this block.
346   if (PBB == BB) return false;
347
348   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
349   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
350   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
351   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
352   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
353     return true;
354
355   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
356   // instructions in the 'if region'.
357   if (AggressiveInsts == 0) return false;
358
359   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
360   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
361
362   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
363   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
364   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
365   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
366     return false;
367
368   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
369
370   if (Cost > CostRemaining)
371     return false;
372
373   CostRemaining -= Cost;
374
375   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
376   // not take us over the cost threshold.
377   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
378     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
379       return false;
380   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
381   AggressiveInsts->insert(I);
382   return true;
383 }
384
385 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
386 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
387 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
388   // Normal constant int.
389   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
390   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
391     return CI;
392
393   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
394   // ConstantInt if possible.
395   IntegerType *PtrTy = TD->getIntPtrType(V->getContext());
396
397   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
398   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
399     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
400
401   // IntToPtr const int.
402   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
403     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
404       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
405         // The constant is very likely to have the right type already.
406         if (CI->getType() == PtrTy)
407           return CI;
408         else
409           return cast<ConstantInt>
410             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
411       }
412   return 0;
413 }
414
415 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
416 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
417 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
418 /// Values vector.
419 static Value *
420 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
421                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
422   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
423   if (I == 0) return 0;
424
425   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
426   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
427     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
428       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
429         UsedICmps++;
430         Vals.push_back(C);
431         return I->getOperand(0);
432       }
433
434       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
435       // the set.
436       ConstantRange Span =
437         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
438
439       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
440       // x != 0 && x != 1.
441       if (!isEQ)
442         Span = Span.inverse();
443
444       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
445       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
446         return 0;
447
448       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
449         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
450       UsedICmps++;
451       return I->getOperand(0);
452     }
453     return 0;
454   }
455
456   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
457   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
458     return 0;
459
460   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
461   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
462   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
463                                           isEQ, UsedICmps)) {
464     unsigned NumVals = Vals.size();
465     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
466     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
467                                             isEQ, UsedICmps)) {
468       if (LHS == RHS)
469         return LHS;
470       Vals.resize(NumVals);
471       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
472     }
473
474     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
475     // set it and return success.
476     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
477       Extra = I->getOperand(1);
478       return LHS;
479     }
480
481     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
482     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
483     return 0;
484   }
485
486   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
487   // use LHS as Extra.
488   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
489     Value *OldExtra = Extra;
490     Extra = I->getOperand(0);
491     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
492                                             isEQ, UsedICmps))
493       return RHS;
494     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
495     Extra = OldExtra;
496   }
497
498   return 0;
499 }
500
501 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
502   Instruction *Cond = 0;
503   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
504     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
505   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
506     if (BI->isConditional())
507       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
508   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
509     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
510   }
511
512   TI->eraseFromParent();
513   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
514 }
515
516 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
517 /// to see if a value is equal to constant integer value.
518 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
519   Value *CV = 0;
520   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
521     // Do not permit merging of large switch instructions into their
522     // predecessors unless there is only one predecessor.
523     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
524                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
525       CV = SI->getCondition();
526   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
527     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
528       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
529         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
530              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
531             GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
532           CV = ICI->getOperand(0);
533
534   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
535   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
536     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
537       CV = PTII->getOperand(0);
538   return CV;
539 }
540
541 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
542 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
543 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
544 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
545                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
546                                                                        &Cases) {
547   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
548     Cases.reserve(SI->getNumCases());
549     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
550       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
551                                                   i.getCaseSuccessor()));
552     return SI->getDefaultDest();
553   }
554
555   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
556   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
557   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
558   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
559                                                              TD),
560                                               Succ));
561   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
562 }
563
564
565 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
566 /// in the list that match the specified block.
567 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
568                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
569   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
570 }
571
572 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
573 /// well.
574 static bool
575 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
576               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
577   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
578
579   // Make V1 be smaller than V2.
580   if (V1->size() > V2->size())
581     std::swap(V1, V2);
582
583   if (V1->size() == 0) return false;
584   if (V1->size() == 1) {
585     // Just scan V2.
586     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
587     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
588       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
589         return true;
590   }
591
592   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
593   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
594   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
595   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
596   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
597     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
598       return true;
599     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
600       ++i1;
601     else
602       ++i2;
603   }
604   return false;
605 }
606
607 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
608 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
609 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
610 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
611 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
612 /// form of jump threading.
613 bool SimplifyCFGOpt::
614 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
615                                               BasicBlock *Pred,
616                                               IRBuilder<> &Builder) {
617   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
618   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
619
620   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
621   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
622   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
623
624   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
625   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
626
627   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
628   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
629   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
630                                                         PredCases);
631   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
632
633   // Find information about how control leaves this block.
634   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
635   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
636   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
637
638   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
639   // simplify TI based on this knowledge.
640   if (PredDef == TI->getParent()) {
641     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
642     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
643     // can simplify TI.
644     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
645       return false;
646
647     if (isa<BranchInst>(TI)) {
648       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
649       // uncond br.
650       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
651       // Insert the new branch.
652       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
653       (void) NI;
654
655       // Remove PHI node entries for the dead edge.
656       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
657
658       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
659            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
660
661       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
662       return true;
663     }
664
665     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
666     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
667     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
668     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
669       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
670
671     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
672                  << "Through successor TI: " << *TI);
673
674     // Collect branch weights into a vector.
675     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
676     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
677     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
678     if (HasWeight)
679       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
680            ++MD_i) {
681         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
682         assert(CI);
683         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
684       }
685     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
686       --i;
687       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
688         if (HasWeight) {
689           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
690           Weights.pop_back();
691         }
692         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
693         SI->removeCase(i);
694       }
695     }
696     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
697       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
698                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
699                       createBranchWeights(Weights));
700
701     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
702     return true;
703   }
704
705   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
706   // which value (or set of values) this is.
707   ConstantInt *TIV = 0;
708   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
709   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
710     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
711       if (TIV != 0)
712         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
713       TIV = PredCases[i].Value;
714     }
715   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
716
717   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
718   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
719   BasicBlock *TheRealDest = 0;
720   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
721     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
722       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
723       break;
724     }
725
726   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
727   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
728
729   // Remove PHI node entries for dead edges.
730   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
731   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
732     if (*SI != CheckEdge)
733       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
734     else
735       CheckEdge = 0;
736
737   // Insert the new branch.
738   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
739   (void) NI;
740
741   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
742             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
743
744   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
745   return true;
746 }
747
748 namespace {
749   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
750   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
751   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
752   struct ConstantIntOrdering {
753     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
754       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
755     }
756   };
757 }
758
759 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
760   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
761   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
762   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
763     return 1;
764   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
765     return 0;
766   return -1;
767 }
768
769 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
770   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
771   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
772     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
773       return MDS->getString().equals("branch_weights");
774
775   return false;
776 }
777
778 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
779 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
780 /// metadata.
781 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
782                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
783   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
784   assert(MD);
785   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
786     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
787     assert(CI);
788     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
789   }
790
791   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
792   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
793   // default weight to be the first entry.
794   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
795     assert(Weights.size() == 2);
796     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
797     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
798       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
799   }
800 }
801
802 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
803 /// weights if any are.
804 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
805   bool Halve = false;
806   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
807     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
808       Halve = true;
809       break;
810     }
811
812   if (! Halve)
813     return;
814
815   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
816     Weights[i] /= 2;
817 }
818
819 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
820 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
821 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
822 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
823 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
824                                                          IRBuilder<> &Builder) {
825   BasicBlock *BB = TI->getParent();
826   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
827   assert(CV && "Not a comparison?");
828   bool Changed = false;
829
830   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
831   while (!Preds.empty()) {
832     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
833
834     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
835     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
836     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
837
838     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
839       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
840       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
841       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
842
843       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
844       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
845
846       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
847       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
848       // build.
849       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
850
851       // Update the branch weight metadata along the way
852       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
853       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
854       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
855
856       if (PredHasWeights) {
857         GetBranchWeights(PTI, Weights);
858         // branch-weight metadata is inconsistant here.
859         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
860           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
861       } else if (SuccHasWeights)
862         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
863         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
864         // successor's weights
865         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
866
867       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
868       if (SuccHasWeights) {
869         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
870         // branch-weight metadata is inconsistant here.
871         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
872           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
873       } else if (PredHasWeights)
874         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
875
876       if (PredDefault == BB) {
877         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
878         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
879         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
880         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
881           if (PredCases[i].Dest != BB)
882             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
883           else {
884             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
885             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
886
887             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
888               // Increase weight for the default case.
889               Weights[0] += Weights[i+1];
890               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
891               Weights.pop_back();
892             }
893
894             PredCases.pop_back();
895             --i; --e;
896           }
897
898         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
899         if (PredDefault != BBDefault) {
900           PredDefault->removePredecessor(Pred);
901           PredDefault = BBDefault;
902           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
903         }
904
905         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
906         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
907         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
908           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
909               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
910             PredCases.push_back(BBCases[i]);
911             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
912             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
913               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
914               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
915               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
916               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
917               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
918             }
919           }
920
921         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
922           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
923           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
924           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
925             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
926           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
927           Weights[0] *= SuccWeights[0];
928         }
929       } else {
930         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
931         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
932         // activated.
933         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
934         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
935         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
936           if (PredCases[i].Dest == BB) {
937             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
938
939             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
940               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
941               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
942               Weights.pop_back();
943             }
944
945             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
946             PredCases.pop_back();
947             --i; --e;
948           }
949
950         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
951         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
952         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
953           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
954             // If this is one we are capable of getting...
955             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
956               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
957             PredCases.push_back(BBCases[i]);
958             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
959             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
960           }
961
962         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
963         // they must go to the default destination of TI.
964         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
965                                     PTIHandled.begin(),
966                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
967           if (PredHasWeights || SuccHasWeights) 
968             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]); 
969           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
970           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
971         }
972       }
973
974       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
975       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
976       // successors.
977       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
978         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
979
980       Builder.SetInsertPoint(PTI);
981       // Convert pointer to int before we switch.
982       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
983         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
984         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
985                                     "magicptr");
986       }
987
988       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
989       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
990                                                PredCases.size());
991       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
992       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
993         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
994
995       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
996         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
997         FitWeights(Weights);
998
999         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1000
1001         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1002                            MDBuilder(BB->getContext()).
1003                            createBranchWeights(MDWeights));
1004       }
1005
1006       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1007
1008       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1009       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1010       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1011       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
1012       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1013         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1014           if (InfLoopBlock == 0) {
1015             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1016             // or it won't matter if it's hot. :)
1017             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1018                                               "infloop", BB->getParent());
1019             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1020           }
1021           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1022         }
1023
1024       Changed = true;
1025     }
1026   }
1027   return Changed;
1028 }
1029
1030 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1031 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1032 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1033 // to put the select in this case.
1034 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1035                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1036   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1037     PHINode *PN;
1038     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1039          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1040       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1041       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1042       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1043         return false;
1044       }
1045     }
1046   }
1047   return true;
1048 }
1049
1050 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1051 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1052 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1053 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1054   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1055   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1056   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1057   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1058   // identical order.
1059   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1060   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1061
1062   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1063   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1064
1065   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1066   // Skip debug info if it is not identical.
1067   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1068   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1069   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1070     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1071       I1 = BB1_Itr++;
1072     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1073       I2 = BB2_Itr++;
1074   }
1075   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1076       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1077     return false;
1078
1079   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
1080   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1081
1082   do {
1083     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1084     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1085     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1086       goto HoistTerminator;
1087
1088     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1089     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1090     // the now redundant second instruction.
1091     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1092     if (!I2->use_empty())
1093       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1094     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1095     I2->eraseFromParent();
1096
1097     I1 = BB1_Itr++;
1098     I2 = BB2_Itr++;
1099     // Skip debug info if it is not identical.
1100     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1101     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1102     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1103       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1104         I1 = BB1_Itr++;
1105       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1106         I2 = BB2_Itr++;
1107     }
1108   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1109
1110   return true;
1111
1112 HoistTerminator:
1113   // It may not be possible to hoist an invoke.
1114   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1115     return true;
1116
1117   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1118   Instruction *NT = I1->clone();
1119   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1120   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1121     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1122     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1123     NT->takeName(I1);
1124   }
1125
1126   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1127   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1128   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1129   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1130   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1131   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1132   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1133     PHINode *PN;
1134     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1135          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1136       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1137       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1138       if (BB1V == BB2V) continue;
1139
1140       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1141       // that determines the right value.
1142       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1143       if (SI == 0)
1144         SI = cast<SelectInst>
1145           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1146                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1147
1148       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1149       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1150         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1151           PN->setIncomingValue(i, SI);
1152     }
1153   }
1154
1155   // Update any PHI nodes in our new successors.
1156   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1157     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1158
1159   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1160   return true;
1161 }
1162
1163 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1164 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1165 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1166 /// in the two predecessors to BBEnd.
1167 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1168   assert(BI1->isUnconditional());
1169   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1170   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1171
1172   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1173   // an unconditional branch.
1174   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1175   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1176   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1177     return false;
1178   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1179   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1180     return false;
1181   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1182   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1183   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1184     return false;
1185
1186   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1187   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1188   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1189   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1190        I != E; ++I) {
1191     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1192       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1193       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2); 
1194       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1195     } else {
1196       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1197       break;
1198     }
1199   }
1200   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1201     return false;
1202   
1203
1204   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1205   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1206   // instructions in an identical order.
1207   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1208       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1209       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1210   // Skip debug info.
1211   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1212   if (RI1 == RE1)
1213     return false;
1214   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1215   if (RI2 == RE2)
1216     return false;
1217   // Skip the unconditional branches.
1218   ++RI1;
1219   ++RI2;
1220
1221   bool Changed = false;
1222   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1223     // Skip debug info.
1224     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1225     if (RI1 == RE1)
1226       return Changed;
1227     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1228     if (RI2 == RE2)
1229       return Changed;
1230
1231     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1232     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1233     // perform the same operation.
1234     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1235     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1236         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1237         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1238         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1239         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1240         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1241         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1242         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1243         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1244       return Changed;
1245
1246     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1247     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1248     bool SwapOpnds = false;
1249     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1250         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1251         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1252         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1253          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1254       ICmp2->swapOperands();
1255       SwapOpnds = true;
1256     }
1257     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1258       if (SwapOpnds)
1259         ICmp2->swapOperands();
1260       return Changed;
1261     }
1262
1263     // The operands should be either the same or they need to be generated
1264     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1265     // a single pair of different operands.
1266     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1267     unsigned Op1Idx = 0;
1268     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1269       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1270         continue;
1271       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1272       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1273       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1274       if (DifferentOp1 ||
1275           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1276           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1277           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1278           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1279         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1280         if (SwapOpnds)
1281           ICmp2->swapOperands();
1282         return Changed;
1283       }
1284       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1285       Op1Idx = I;
1286       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1287     }
1288
1289     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1290     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1291     if (DifferentOp1) {
1292       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1293                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1294                                        BBEnd->begin());
1295       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1296       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1297       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1298       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1299       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1300       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1301     }
1302     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1303     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1304
1305     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1306     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1307     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1308     // instruction in the basic block down.
1309     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1310     // Sink the instruction.
1311     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1312     if (!OldPN->use_empty())
1313       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1314     OldPN->eraseFromParent();
1315
1316     if (!I2->use_empty())
1317       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1318     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1319     I2->eraseFromParent();
1320
1321     if (UpdateRE1)
1322       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1323     if (UpdateRE2)
1324       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1325     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1326     NumSinkCommons++;
1327     Changed = true;
1328   }
1329   return Changed;
1330 }
1331
1332 /// SpeculativelyExecuteBB - Given a conditional branch that goes to BB1
1333 /// and an BB2 and the only successor of BB1 is BB2, hoist simple code
1334 /// (for now, restricted to a single instruction that's side effect free) from
1335 /// the BB1 into the branch block to speculatively execute it.
1336 ///
1337 /// Turn
1338 /// BB:
1339 ///     %t1 = icmp
1340 ///     br i1 %t1, label %BB1, label %BB2
1341 /// BB1:
1342 ///     %t3 = add %t2, c
1343 ///     br label BB2
1344 /// BB2:
1345 /// =>
1346 /// BB:
1347 ///     %t1 = icmp
1348 ///     %t4 = add %t2, c
1349 ///     %t3 = select i1 %t1, %t2, %t3
1350 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *BB1) {
1351   // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1352   // terminator) for now.
1353   Instruction *HInst = NULL;
1354   Instruction *Term = BB1->getTerminator();
1355   for (BasicBlock::iterator BBI = BB1->begin(), BBE = BB1->end();
1356        BBI != BBE; ++BBI) {
1357     Instruction *I = BBI;
1358     // Skip debug info.
1359     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
1360     if (I == Term) break;
1361
1362     if (HInst)
1363       return false;
1364     HInst = I;
1365   }
1366
1367   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1368
1369   // Check the instruction to be hoisted, if there is one.
1370   if (HInst) {
1371     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1372     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(HInst))
1373       return false;
1374     if (ComputeSpeculationCost(HInst) > PHINodeFoldingThreshold)
1375       return false;
1376
1377     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1378     // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1379     // being sunk into the use block.
1380     for (User::op_iterator i = HInst->op_begin(), e = HInst->op_end();
1381          i != e; ++i) {
1382       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1383       if (OpI && OpI->getParent() == BIParent &&
1384           !OpI->mayHaveSideEffects() &&
1385           !OpI->isUsedInBasicBlock(BIParent))
1386         return false;
1387     }
1388   }
1389
1390   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1391   Value *BrCond = BI->getCondition();
1392   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1393     return false;
1394
1395   // If BB1 is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1396   // to swap the select operands later.
1397   bool Invert = false;
1398   if (BB1 != BI->getSuccessor(0)) {
1399     assert(BB1 == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1400     Invert = true;
1401   }
1402
1403   // Collect interesting PHIs, and scan for hazards.
1404   SmallSetVector<std::pair<Value *, Value *>, 4> PHIs;
1405   BasicBlock *BB2 = BB1->getTerminator()->getSuccessor(0);
1406   for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1407        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1408     Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1409     Value *BIParentV = PN->getIncomingValueForBlock(BIParent);
1410
1411     // Skip PHIs which are trivial.
1412     if (BB1V == BIParentV)
1413       continue;
1414
1415     // Check for saftey.
1416     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BB1V)) {
1417       // An unfolded ConstantExpr could end up getting expanded into
1418       // Instructions. Don't speculate this and another instruction at
1419       // the same time.
1420       if (HInst)
1421         return false;
1422       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1423         return false;
1424       if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1425         return false;
1426     }
1427
1428     // Ok, we may insert a select for this PHI.
1429     PHIs.insert(std::make_pair(BB1V, BIParentV));
1430   }
1431
1432   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1433   // as well.
1434   if (PHIs.empty())
1435     return false;
1436
1437   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1438   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *BB1 << "\n";);
1439
1440   // Hoist the instruction.
1441   if (HInst)
1442     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), HInst);
1443
1444   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1445   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1446   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
1447     Value *TrueV = PHIs[i].first;
1448     Value *FalseV = PHIs[i].second;
1449
1450     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1451     // false value is the previously determined FalseV.
1452     SelectInst *SI;
1453     if (Invert)
1454       SI = cast<SelectInst>
1455         (Builder.CreateSelect(BrCond, FalseV, TrueV,
1456                               FalseV->getName() + "." + TrueV->getName()));
1457     else
1458       SI = cast<SelectInst>
1459         (Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1460                               TrueV->getName() + "." + FalseV->getName()));
1461
1462     // Make the PHI node use the select for all incoming values for "then" and
1463     // "if" blocks.
1464     for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1465          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1466       unsigned BB1I = PN->getBasicBlockIndex(BB1);
1467       unsigned BIParentI = PN->getBasicBlockIndex(BIParent);
1468       Value *BB1V = PN->getIncomingValue(BB1I);
1469       Value *BIParentV = PN->getIncomingValue(BIParentI);
1470       if (TrueV == BB1V && FalseV == BIParentV) {
1471         PN->setIncomingValue(BB1I, SI);
1472         PN->setIncomingValue(BIParentI, SI);
1473       }
1474     }
1475   }
1476
1477   ++NumSpeculations;
1478   return true;
1479 }
1480
1481 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1482 /// across this block.
1483 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1484   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1485   unsigned Size = 0;
1486
1487   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1488     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1489       continue;
1490     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1491     ++Size;
1492
1493     // We can only support instructions that do not define values that are
1494     // live outside of the current basic block.
1495     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1496          UI != E; ++UI) {
1497       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1498       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1499     }
1500
1501     // Looks ok, continue checking.
1502   }
1503
1504   return true;
1505 }
1506
1507 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1508 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1509 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1510 /// ultimate destination.
1511 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1512   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1513   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1514   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1515   // outside of the block.
1516   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1517     return false;
1518
1519   // Degenerate case of a single entry PHI.
1520   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1521     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1522     return true;
1523   }
1524
1525   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1526   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1527
1528   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1529   // constants.
1530   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1531     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1532     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1533
1534     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1535     // branch to RealDest.
1536     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1537     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1538
1539     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1540     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1541     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1542
1543     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1544     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1545     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1546     // the edge we are about to create.
1547     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1548                                             RealDest->getName()+".critedge",
1549                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1550     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1551
1552     // Update PHI nodes.
1553     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1554
1555     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1556     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1557     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1558     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1559     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1560     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1561       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1562         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1563         continue;
1564       }
1565       // Clone the instruction.
1566       Instruction *N = BBI->clone();
1567       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1568
1569       // Update operands due to translation.
1570       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1571            i != e; ++i) {
1572         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1573         if (PI != TranslateMap.end())
1574           *i = PI->second;
1575       }
1576
1577       // Check for trivial simplification.
1578       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1579         TranslateMap[BBI] = V;
1580         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1581       } else {
1582         // Insert the new instruction into its new home.
1583         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1584         if (!BBI->use_empty())
1585           TranslateMap[BBI] = N;
1586       }
1587     }
1588
1589     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1590     // to EdgeBB instead.
1591     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1592     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1593       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1594         BB->removePredecessor(PredBB);
1595         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1596       }
1597
1598     // Recurse, simplifying any other constants.
1599     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1600   }
1601
1602   return false;
1603 }
1604
1605 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1606 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1607 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1608   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1609   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1610   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1611   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1612   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1613   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1614   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1615   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1616   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1617   if (!IfCond ||
1618       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1619       isa<ConstantInt>(IfCond))
1620     return false;
1621
1622   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1623   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1624   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1625   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1626   // fewer PHI nodes in this block.
1627   unsigned NumPhis = 0;
1628   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1629     if (NumPhis > 2)
1630       return false;
1631
1632   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1633   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1634   // that need to be moved to the dominating block.
1635   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1636   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1637            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1638
1639   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1640     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1641     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1642       PN->replaceAllUsesWith(V);
1643       PN->eraseFromParent();
1644       continue;
1645     }
1646
1647     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1648                              MaxCostVal0) ||
1649         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1650                              MaxCostVal1))
1651       return false;
1652   }
1653
1654   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1655   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1656   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1657   if (PN == 0) return true;
1658
1659   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1660   // often be turned into switches and other things.
1661   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1662       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1663        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1664        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1665     return false;
1666
1667   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1668   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1669   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1670   // worth promoting to select instructions.
1671   BasicBlock *DomBlock = 0;
1672   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1673   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1674   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1675     IfBlock1 = 0;
1676   } else {
1677     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1678     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1679       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1680         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1681         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1682         // flow, so the xform is not worth it.
1683         return false;
1684       }
1685   }
1686
1687   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1688     IfBlock2 = 0;
1689   } else {
1690     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1691     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1692       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1693         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1694         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1695         // flow, so the xform is not worth it.
1696         return false;
1697       }
1698   }
1699
1700   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1701                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1702
1703   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1704   // do all of the PHI's now.
1705   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1706   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1707
1708   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1709   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1710   if (IfBlock1)
1711     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1712                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1713                                    IfBlock1->getTerminator());
1714   if (IfBlock2)
1715     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1716                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1717                                    IfBlock2->getTerminator());
1718
1719   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1720     // Change the PHI node into a select instruction.
1721     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1722     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1723
1724     SelectInst *NV =
1725       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1726     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1727     NV->takeName(PN);
1728     PN->eraseFromParent();
1729   }
1730
1731   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1732   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1733   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1734   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1735   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1736   Builder.CreateBr(BB);
1737   OldTI->eraseFromParent();
1738   return true;
1739 }
1740
1741 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1742 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1743 /// introducing a select if the return values disagree.
1744 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1745                                            IRBuilder<> &Builder) {
1746   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1747   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1748   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1749   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1750   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1751
1752   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1753   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1754   // computation on one path or the other.
1755   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1756     return false;
1757   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1758     return false;
1759
1760   Builder.SetInsertPoint(BI);
1761   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1762   // there is no return value for this function, just change the
1763   // branch into a return.
1764   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1765     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1766     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1767     Builder.CreateRetVoid();
1768     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1769     return true;
1770   }
1771
1772   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1773   // so we can insert a new select instruction.
1774   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1775   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1776
1777   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1778   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1779     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1780       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1781   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1782     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1783       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1784
1785   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1786   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1787   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1788   // constant expression that prevents this transformation from being
1789   // safe.
1790   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1791     if (TCV->canTrap())
1792       return false;
1793   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1794     if (FCV->canTrap())
1795       return false;
1796
1797   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1798   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1799   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1800   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1801
1802   // Insert select instructions where needed.
1803   Value *BrCond = BI->getCondition();
1804   if (TrueValue) {
1805     // Insert a select if the results differ.
1806     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1807     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1808       TrueValue = FalseValue;
1809     } else {
1810       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1811                                        FalseValue, "retval");
1812     }
1813   }
1814
1815   Value *RI = !TrueValue ?
1816     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1817
1818   (void) RI;
1819
1820   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1821                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1822                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1823
1824   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1825
1826   return true;
1827 }
1828
1829 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1830 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1831 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1832 /// found.
1833 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1834                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1835   assert(BI->isConditional() &&
1836          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1837   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1838   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1839   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1840   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1841   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1842   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1843   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1844   return true;
1845 }
1846
1847 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1848 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1849 ///
1850 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1851   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1852     return false;
1853   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1854     Instruction *PBI = &*I;
1855     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1856     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1857       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1858       Inst->eraseFromParent();
1859       return true;
1860     }
1861   }
1862   return false;
1863 }
1864
1865 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1866 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1867 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1868 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1869   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1870
1871   Instruction *Cond = 0;
1872   if (BI->isConditional())
1873     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1874   else {
1875     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1876     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1877     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1878     // predecessor.
1879     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1880       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1881         if (PBI->isConditional() &&
1882             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1883              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1884           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1885                I != E; ) {
1886             Instruction *Curr = I++;
1887             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1888               Cond = Curr;
1889               break;
1890             }
1891             // Quit if we can't remove this instruction.
1892             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1893               return false;
1894           }
1895         }
1896
1897     if (Cond == 0)
1898       return false;
1899   }
1900
1901   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1902     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
1903   return false;
1904
1905   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1906   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1907   // must be at the front of the block.
1908   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
1909
1910   // Ignore dbg intrinsics.
1911   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1912
1913   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
1914   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
1915   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
1916   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
1917   Instruction *BonusInst = 0;
1918   if (&*FrontIt != Cond &&
1919       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
1920       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
1921     BonusInst = &*FrontIt;
1922     ++FrontIt;
1923
1924     // Ignore dbg intrinsics.
1925     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1926   }
1927
1928   // Only a single bonus inst is allowed.
1929   if (&*FrontIt != Cond)
1930     return false;
1931
1932   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1933   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1934
1935   // Ingore dbg intrinsics.
1936   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
1937
1938   if (&*CondIt != BI)
1939     return false;
1940
1941   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
1942   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
1943   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
1944     if (CE->canTrap())
1945       return false;
1946   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
1947     if (CE->canTrap())
1948       return false;
1949
1950   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
1951   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
1952   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
1953   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
1954     return false;
1955
1956   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1957     BasicBlock *PredBlock = *PI;
1958     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
1959
1960     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
1961     // the common successor, verify that the same value flows in from both
1962     // blocks.
1963     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
1964     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
1965         (BI->isConditional() &&
1966          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
1967         (!BI->isConditional() &&
1968          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
1969       continue;
1970
1971     // Determine if the two branches share a common destination.
1972     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
1973     bool InvertPredCond = false;
1974
1975     if (BI->isConditional()) {
1976       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
1977         Opc = Instruction::Or;
1978       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
1979         Opc = Instruction::And;
1980       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
1981         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
1982       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
1983         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
1984       else
1985         continue;
1986     } else {
1987       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
1988         continue;
1989     }
1990
1991     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
1992     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
1993     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
1994     // out-of-order core by speculating them earlier.
1995     if (BonusInst) {
1996       // Collect the values used by the bonus inst
1997       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
1998       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
1999            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2000         Value *V = *OI;
2001         if (!isa<Constant>(V))
2002           UsedValues.insert(V);
2003       }
2004
2005       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2006       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2007
2008       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2009       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2010       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2011       while (!Worklist.empty()) {
2012         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2013         Worklist.pop_back();
2014
2015         if (Pair.second >= 4) continue;
2016         UsedValues.erase(Pair.first);
2017         if (UsedValues.empty()) break;
2018
2019         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2020           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2021                OI != OE; ++OI)
2022             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2023         }
2024       }
2025
2026       if (!UsedValues.empty()) return false;
2027     }
2028
2029     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2030     IRBuilder<> Builder(PBI);
2031
2032     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2033     if (InvertPredCond) {
2034       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2035
2036       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2037         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2038         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2039       } else {
2040         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2041                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2042       }
2043
2044       PBI->setCondition(NewCond);
2045       PBI->swapSuccessors();
2046     }
2047
2048     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2049     Instruction *NewBonus = 0;
2050     if (BonusInst) {
2051       NewBonus = BonusInst->clone();
2052       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2053       NewBonus->takeName(BonusInst);
2054       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2055     }
2056
2057     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2058     // two conditions together.
2059     Instruction *New = Cond->clone();
2060     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2061     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2062     New->takeName(Cond);
2063     Cond->setName(New->getName()+".old");
2064
2065     if (BI->isConditional()) {
2066       Instruction *NewCond =
2067         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2068                                             New, "or.cond"));
2069       PBI->setCondition(NewCond);
2070
2071       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2072       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2073                                                   PredFalseWeight);
2074       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2075                                                   SuccFalseWeight);
2076       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2077
2078       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2079         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2080           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2081           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2082           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2083           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2084           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2085           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2086           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2087           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2088           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2089                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2090         }
2091         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2092         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2093       }
2094       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2095         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2096           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2097           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2098           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2099           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2100           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2101               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2102           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2103           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2104         }
2105         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2106         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2107       }
2108       if (NewWeights.size() == 2) {
2109         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2110         FitWeights(NewWeights);
2111
2112         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2113         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2114                          MDBuilder(BI->getContext()).
2115                          createBranchWeights(MDWeights));
2116       } else
2117         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2118     } else {
2119       // Update PHI nodes in the common successors.
2120       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2121         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2122           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2123         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2124         Instruction *MergedCond = 0;
2125         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2126           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2127           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2128           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2129           Instruction *NotCond =
2130             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2131                                 "not.cond"));
2132           MergedCond =
2133             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2134                                 NotCond, New,
2135                                 "and.cond"));
2136           if (PBI_C->isOne())
2137             MergedCond =
2138               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2139                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2140                                   "or.cond"));
2141         } else {
2142           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2143           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2144           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2145           MergedCond =
2146             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2147                                 PBI->getCondition(), New,
2148                                 "and.cond"));
2149           if (PBI_C->isOne()) {
2150             Instruction *NotCond =
2151               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2152                                   "not.cond"));
2153             MergedCond =
2154               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2155                                   NotCond, MergedCond,
2156                                   "or.cond"));
2157           }
2158         }
2159         // Update PHI Node.
2160         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2161                                   MergedCond);
2162       }
2163       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2164       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2165       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2166       PBI = New_PBI;
2167     }
2168
2169     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2170     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2171
2172     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2173     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2174       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2175         I->clone()->insertBefore(PBI);
2176
2177     return true;
2178   }
2179   return false;
2180 }
2181
2182 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2183 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2184 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2185 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2186 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2187   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2188   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2189
2190   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2191   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2192   // this conditional branch redundant.
2193   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2194       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2195     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2196     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2197     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2198       // Turn this into a branch on constant.
2199       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2200       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2201                                         CondIsTrue));
2202       return true;  // Nuke the branch on constant.
2203     }
2204
2205     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2206     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2207     // simplifycfg will thread the block.
2208     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2209       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2210       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2211                                        std::distance(PB, PE),
2212                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2213                                        BB->begin());
2214       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2215       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2216       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2217       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2218         BasicBlock *P = *PI;
2219         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2220             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2221             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2222             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2223           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2224           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2225                                               CondIsTrue), P);
2226         } else {
2227           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2228         }
2229       }
2230
2231       BI->setCondition(NewPN);
2232       return true;
2233     }
2234   }
2235
2236   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2237   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2238   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2239   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2240   // Ignore dbg intrinsics.
2241   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2242     ++BBI;
2243   if (&*BBI != BI)
2244     return false;
2245
2246
2247   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2248     if (CE->canTrap())
2249       return false;
2250
2251   int PBIOp, BIOp;
2252   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2253     PBIOp = BIOp = 0;
2254   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2255     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2256   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2257     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2258   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2259     PBIOp = BIOp = 1;
2260   else
2261     return false;
2262
2263   // Check to make sure that the other destination of this branch
2264   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2265   // keep getting unwound.
2266   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2267     return false;
2268
2269   // Do not perform this transformation if it would require
2270   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2271   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2272   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2273
2274   unsigned NumPhis = 0;
2275   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2276        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2277     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2278       return false;
2279
2280   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2281   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2282
2283   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2284                << "AND: " << *BI->getParent());
2285
2286
2287   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2288   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2289   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2290   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2291   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2292   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2293   // infinite loop with no cond branch.
2294   if (OtherDest == BB) {
2295     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2296     // or it won't matter if it's hot. :)
2297     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2298                                                   "infloop", BB->getParent());
2299     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2300     OtherDest = InfLoopBlock;
2301   }
2302
2303   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2304
2305   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2306   // it alone, but modify PBI.
2307
2308   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2309   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2310   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2311   if (PBIOp)
2312     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2313
2314   Value *BICond = BI->getCondition();
2315   if (BIOp)
2316     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2317
2318   // Merge the conditions.
2319   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2320
2321   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2322   PBI->setCondition(Cond);
2323   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2324   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2325
2326   // Update branch weight for PBI.
2327   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2328   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2329                                               PredFalseWeight);
2330   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2331                                               SuccFalseWeight);
2332   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2333     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2334     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2335     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2336     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2337     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2338     //                                    PredOther * SuccCommon.
2339     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2340     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2341     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2342                          PredOther * SuccCommon);
2343     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2344     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2345     FitWeights(NewWeights);
2346
2347     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2348     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2349                      MDBuilder(BI->getContext()).
2350                      createBranchWeights(MDWeights));
2351   }
2352
2353   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2354   // block that are identical to the entries for BI's block.
2355   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2356
2357   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2358   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2359   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2360   // them agree.
2361   PHINode *PN;
2362   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2363        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2364     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2365     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2366     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2367     if (BIV != PBIV) {
2368       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2369       Value *NV = cast<SelectInst>
2370         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2371       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2372     }
2373   }
2374
2375   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2376   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2377
2378   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2379   // one fewer predecessor.
2380   return true;
2381 }
2382
2383 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2384 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2385 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2386 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2387 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2388 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2389                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2390                                        uint32_t TrueWeight,
2391                                        uint32_t FalseWeight){
2392   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2393   // First, figure out which successors to preserve.
2394   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2395   // successor.
2396   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2397   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2398
2399   // Then remove the rest.
2400   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2401     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2402     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2403     if (Succ == KeepEdge1)
2404       KeepEdge1 = 0;
2405     else if (Succ == KeepEdge2)
2406       KeepEdge2 = 0;
2407     else
2408       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2409   }
2410
2411   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2412   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2413
2414   // Insert an appropriate new terminator.
2415   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2416     if (TrueBB == FalseBB)
2417       // We were only looking for one successor, and it was present.
2418       // Create an unconditional branch to it.
2419       Builder.CreateBr(TrueBB);
2420     else {
2421       // We found both of the successors we were looking for.
2422       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2423       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2424       if (TrueWeight != FalseWeight)
2425         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2426                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2427                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2428     }
2429   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2430     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2431     // terminator must be unreachable.
2432     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2433   } else {
2434     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2435     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2436     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2437     if (KeepEdge1 == 0)
2438       // Only TrueBB was found.
2439       Builder.CreateBr(TrueBB);
2440     else
2441       // Only FalseBB was found.
2442       Builder.CreateBr(FalseBB);
2443   }
2444
2445   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2446   return true;
2447 }
2448
2449 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2450 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2451 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2452 // unconditional otherwise.
2453 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2454   // Check for constant integer values in the select.
2455   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2456   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2457   if (!TrueVal || !FalseVal)
2458     return false;
2459
2460   // Find the relevant condition and destinations.
2461   Value *Condition = Select->getCondition();
2462   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2463   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2464
2465   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2466   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2467   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2468   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2469   if (HasWeights) {
2470     GetBranchWeights(SI, Weights);
2471     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2472       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2473                                      getSuccessorIndex()];
2474       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2475                                       getSuccessorIndex()];
2476     }
2477   }
2478
2479   // Perform the actual simplification.
2480   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2481                                     TrueWeight, FalseWeight);
2482 }
2483
2484 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2485 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2486 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2487 // with
2488 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2489 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2490   // Check that both operands of the select are block addresses.
2491   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2492   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2493   if (!TBA || !FBA)
2494     return false;
2495
2496   // Extract the actual blocks.
2497   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2498   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2499
2500   // Perform the actual simplification.
2501   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2502                                     0, 0);
2503 }
2504
2505 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2506 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2507 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2508 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2509 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2510 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2511 /// like:
2512 ///
2513 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2514 /// DEFAULT:
2515 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2516 ///   br label %end
2517 /// end:
2518 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2519 ///
2520 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2521 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2522 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICmpInst *ICI,
2523                                                   const DataLayout *TD,
2524                                                   IRBuilder<> &Builder) {
2525   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2526
2527   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2528   // complex.
2529   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2530
2531   Value *V = ICI->getOperand(0);
2532   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2533
2534   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2535   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2536   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2537   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2538   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2539
2540   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2541   if (SI->getCondition() != V)
2542     return false;
2543
2544   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2545   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2546   // away.
2547   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2548     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2549     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2550     ICI->setOperand(0, VVal);
2551
2552     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2553       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2554       ICI->eraseFromParent();
2555     }
2556     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2557     return SimplifyCFG(BB) | true;
2558   }
2559
2560   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2561   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2562   // and zap it.
2563   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2564     Value *V;
2565     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2566       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2567     else
2568       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2569
2570     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2571     ICI->eraseFromParent();
2572     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2573     return SimplifyCFG(BB) | true;
2574   }
2575
2576   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2577   // the block.
2578   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2579   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2580   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2581       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2582     return false;
2583
2584   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2585   // true in the PHI.
2586   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2587   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2588
2589   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2590     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2591
2592   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2593   // false depending on if it is EQ or NE.
2594   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2595   ICI->eraseFromParent();
2596
2597   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2598   // the switch to the merge point on the compared value.
2599   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2600                                          BB->getParent(), BB);
2601   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2602   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2603   if (HasWeights) {
2604     GetBranchWeights(SI, Weights);
2605     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2606       // Split weight for default case to case for "Cst".
2607       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2608       Weights.push_back(Weights[0]);
2609
2610       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2611       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2612                       MDBuilder(SI->getContext()).
2613                       createBranchWeights(MDWeights));
2614     }
2615   }
2616   SI->addCase(Cst, NewBB);
2617
2618   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2619   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2620   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2621   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2622   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2623   return true;
2624 }
2625
2626 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2627 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2628 /// fold it into a switch instruction if so.
2629 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2630                                       IRBuilder<> &Builder) {
2631   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2632   if (Cond == 0) return false;
2633
2634
2635   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2636   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2637   // 'setne's and'ed together, collect them.
2638   Value *CompVal = 0;
2639   std::vector<ConstantInt*> Values;
2640   bool TrueWhenEqual = true;
2641   Value *ExtraCase = 0;
2642   unsigned UsedICmps = 0;
2643
2644   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2645     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2646                                      UsedICmps);
2647   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2648     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2649                                      UsedICmps);
2650     TrueWhenEqual = false;
2651   }
2652
2653   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2654   if (CompVal == 0) return false;
2655
2656   // Avoid turning single icmps into a switch.
2657   if (UsedICmps <= 1)
2658     return false;
2659
2660   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2661   // instruction can't handle, remove them now.
2662   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2663   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2664
2665   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2666   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2667   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2668
2669   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2670   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2671
2672   // Figure out which block is which destination.
2673   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2674   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2675   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2676
2677   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2678
2679   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2680                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2681
2682   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2683   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2684   // right before the condbr to handle it.
2685   if (ExtraCase) {
2686     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2687     // Remove the uncond branch added to the old block.
2688     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2689     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2690
2691     if (TrueWhenEqual)
2692       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2693     else
2694       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2695
2696     OldTI->eraseFromParent();
2697
2698     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2699     // for the edge we just added.
2700     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2701
2702     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2703           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2704     BB = NewBB;
2705   }
2706
2707   Builder.SetInsertPoint(BI);
2708   // Convert pointer to int before we switch.
2709   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2710     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2711     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2712                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2713                                      "magicptr");
2714   }
2715
2716   // Create the new switch instruction now.
2717   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2718
2719   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2720   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2721     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2722
2723   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2724   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2725   // the number of edges added.
2726   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2727        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2728     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2729     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2730     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2731       PN->addIncoming(InVal, BB);
2732   }
2733
2734   // Erase the old branch instruction.
2735   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2736
2737   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2738   return true;
2739 }
2740
2741 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2742   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2743   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2744   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2745   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2746   if (RI->getValue() != LPInst)
2747     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2748     // caused control to branch here.
2749     return false;
2750
2751   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2752   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2753   while (++I != E)
2754     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2755       return false;
2756
2757   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2758   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2759     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2760     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2761     // Insert a call instruction before the invoke.
2762     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2763     Call->takeName(II);
2764     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2765     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2766     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2767
2768     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2769     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2770     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2771     // updated.
2772     II->replaceAllUsesWith(Call);
2773     BB->removePredecessor(II->getParent());
2774
2775     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2776     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2777
2778     // Finally, delete the invoke instruction!
2779     II->eraseFromParent();
2780   }
2781
2782   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2783   BB->eraseFromParent();
2784   return true;
2785 }
2786
2787 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2788   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2789   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2790
2791   // Find predecessors that end with branches.
2792   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2793   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2794   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2795     BasicBlock *P = *PI;
2796     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2797     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2798       if (BI->isUnconditional())
2799         UncondBranchPreds.push_back(P);
2800       else
2801         CondBranchPreds.push_back(BI);
2802     }
2803   }
2804
2805   // If we found some, do the transformation!
2806   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2807     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2808       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2809       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2810             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2811       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2812     }
2813
2814     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2815     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2816       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2817       BB->eraseFromParent();
2818
2819     return true;
2820   }
2821
2822   // Check out all of the conditional branches going to this return
2823   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2824   // branch itself into a select/return pair.
2825   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2826     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2827
2828     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2829     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2830         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2831         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2832       return true;
2833   }
2834   return false;
2835 }
2836
2837 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2838   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2839
2840   bool Changed = false;
2841
2842   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2843   // be removed, do so.
2844   while (UI != BB->begin()) {
2845     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2846     --BBI;
2847     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2848     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2849     // operations may have this effect.
2850     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2851
2852     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2853       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2854         if (SI->isVolatile())
2855           break;
2856       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2857         if (LI->isVolatile())
2858           break;
2859       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2860         if (RMWI->isVolatile())
2861           break;
2862       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2863         if (CXI->isVolatile())
2864           break;
2865       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2866                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2867         break;
2868       }
2869       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2870       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2871       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2872       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2873     }
2874
2875     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2876     if (!BBI->use_empty())
2877       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2878     BBI->eraseFromParent();
2879     Changed = true;
2880   }
2881
2882   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
2883   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
2884   if (&BB->front() != UI) return Changed;
2885
2886   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2887   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
2888     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
2889     IRBuilder<> Builder(TI);
2890     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2891       if (BI->isUnconditional()) {
2892         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2893           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
2894           TI->eraseFromParent();
2895           Changed = true;
2896         }
2897       } else {
2898         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2899           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
2900           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2901         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
2902           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
2903           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2904           Changed = true;
2905         }
2906       }
2907     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2908       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2909            i != e; ++i)
2910         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
2911           BB->removePredecessor(SI->getParent());
2912           SI->removeCase(i);
2913           --i; --e;
2914           Changed = true;
2915         }
2916       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
2917       // destination and make it the default.
2918       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
2919         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
2920         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2921              i != e; ++i) {
2922           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
2923               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
2924           if (entry.first == 0) {
2925             entry.first = 1;
2926             entry.second = i.getCaseIndex();
2927           } else {
2928             entry.first++;
2929           }
2930         }
2931
2932         // Find the most popular block.
2933         unsigned MaxPop = 0;
2934         unsigned MaxIndex = 0;
2935         BasicBlock *MaxBlock = 0;
2936         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
2937              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
2938           if (I->second.first > MaxPop ||
2939               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
2940             MaxPop = I->second.first;
2941             MaxIndex = I->second.second;
2942             MaxBlock = I->first;
2943           }
2944         }
2945         if (MaxBlock) {
2946           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
2947           // edges to it.
2948           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
2949           Changed = true;
2950
2951           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
2952           // it.
2953           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
2954             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
2955               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
2956
2957           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2958                i != e; ++i)
2959             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
2960               SI->removeCase(i);
2961               --i; --e;
2962             }
2963         }
2964       }
2965     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
2966       if (II->getUnwindDest() == BB) {
2967         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
2968         // place to note that the call does not throw though.
2969         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
2970         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
2971
2972         // Insert the call now...
2973         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
2974         Builder.SetInsertPoint(BI);
2975         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
2976                                           Args, II->getName());
2977         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
2978         CI->setAttributes(II->getAttributes());
2979         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
2980         II->replaceAllUsesWith(CI);
2981         delete II;
2982         Changed = true;
2983       }
2984     }
2985   }
2986
2987   // If this block is now dead, remove it.
2988   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
2989       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
2990     // We know there are no successors, so just nuke the block.
2991     BB->eraseFromParent();
2992     return true;
2993   }
2994
2995   return Changed;
2996 }
2997
2998 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
2999 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3000 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3001   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3002
3003   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3004   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3005   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3006   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3007   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3008   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3009     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3010       return false;
3011     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3012   }
3013   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3014
3015   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3016   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3017   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3018     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3019       return false;
3020   }
3021
3022   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3023   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3024
3025   Value *Sub = SI->getCondition();
3026   if (!Offset->isNullValue())
3027     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3028   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3029   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3030       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3031
3032   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3033   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3034   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3035   if (HasWeights) {
3036     GetBranchWeights(SI, Weights);
3037     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3038       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3039       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3040       // bits.
3041       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3042       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3043         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3044       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3045                          MDBuilder(SI->getContext()).
3046                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3047                                              (uint32_t)Weights[0]));
3048     }
3049   }
3050
3051   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3052   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3053        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3054     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3055       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3056   }
3057   SI->eraseFromParent();
3058
3059   return true;
3060 }
3061
3062 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3063 /// and use it to remove dead cases.
3064 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3065   Value *Cond = SI->getCondition();
3066   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
3067   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3068   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3069
3070   // Gather dead cases.
3071   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3072   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3073     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3074         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3075       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3076       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3077                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3078     }
3079   }
3080
3081   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3082   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3083   if (HasWeight) {
3084     GetBranchWeights(SI, Weights);
3085     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3086   }
3087
3088   // Remove dead cases from the switch.
3089   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3090     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3091     assert(Case != SI->case_default() &&
3092            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3093     if (HasWeight) {
3094       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3095       Weights.pop_back();
3096     }
3097
3098     // Prune unused values from PHI nodes.
3099     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3100     SI->removeCase(Case);
3101   }
3102   if (HasWeight) {
3103     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3104     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3105                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3106                     createBranchWeights(MDWeights));
3107   }
3108
3109   return !DeadCases.empty();
3110 }
3111
3112 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3113 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3114 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3115 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3116 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3117 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3118                                               BasicBlock *BB,
3119                                               int *PhiIndex) {
3120   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3121     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3122   if (!BB->getSinglePredecessor())
3123     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3124
3125   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3126   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3127     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3128
3129   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3130
3131   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3132   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3133     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3134     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3135
3136     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3137     if (InValue != CaseValue) continue;
3138
3139     *PhiIndex = Idx;
3140     return PHI;
3141   }
3142
3143   return NULL;
3144 }
3145
3146 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3147 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3148 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3149 /// Returns true if a change is made.
3150 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3151   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3152   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3153
3154   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3155     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3156     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3157
3158     int PhiIndex;
3159     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3160                                                  &PhiIndex);
3161     if (!PHI) continue;
3162
3163     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3164   }
3165
3166   bool Changed = false;
3167
3168   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3169        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3170     PHINode *Phi = I->first;
3171     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
3172
3173     if (Indexes.size() < 2) continue;
3174
3175     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3176       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3177     Changed = true;
3178   }
3179
3180   return Changed;
3181 }
3182
3183 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3184 /// initializing an array of constants like C.
3185 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3186   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3187     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3188
3189   return isa<ConstantFP>(C) ||
3190       isa<ConstantInt>(C) ||
3191       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3192       isa<GlobalValue>(C) ||
3193       isa<UndefValue>(C);
3194 }
3195
3196 /// GetCaseResulsts - Try to determine the resulting constant values in phi
3197 /// nodes at the common destination basic block for one of the case
3198 /// destinations of a switch instruction.
3199 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3200                            BasicBlock *CaseDest,
3201                            BasicBlock **CommonDest,
3202                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
3203   // The block from which we enter the common destination.
3204   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3205
3206   // If CaseDest is empty, continue to its successor.
3207   if (CaseDest->getFirstNonPHIOrDbg() == CaseDest->getTerminator() &&
3208       !isa<PHINode>(CaseDest->begin())) {
3209
3210     TerminatorInst *Terminator = CaseDest->getTerminator();
3211     if (Terminator->getNumSuccessors() != 1)
3212       return false;
3213
3214     Pred = CaseDest;
3215     CaseDest = Terminator->getSuccessor(0);
3216   }
3217
3218   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3219   if (!*CommonDest)
3220     *CommonDest = CaseDest;
3221   // If the destination isn't the common one, abort.
3222   if (CaseDest != *CommonDest)
3223     return false;
3224
3225   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3226   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3227   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3228     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3229     if (Idx == -1)
3230       continue;
3231
3232     Constant *ConstVal = dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(Idx));
3233     if (!ConstVal)
3234       return false;
3235
3236     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3237     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3238       return false;
3239
3240     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3241   }
3242
3243   return true;
3244 }
3245
3246 namespace {
3247   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3248   /// to replace a switch.
3249   class SwitchLookupTable {
3250   public:
3251     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3252     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3253     /// table.
3254     SwitchLookupTable(Module &M,
3255                       uint64_t TableSize,
3256                       ConstantInt *Offset,
3257                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3258                       Constant *DefaultValue,
3259                       const DataLayout *TD);
3260
3261     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3262     /// the position given by Index in the lookup table.
3263     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3264
3265     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3266     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3267     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3268                                    uint64_t TableSize,
3269                                    const Type *ElementType);
3270
3271   private:
3272     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3273     // different ways.
3274     enum {
3275       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3276       // store that single value and return it for each lookup.
3277       SingleValueKind,
3278
3279       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3280       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3281       // shift and mask operations.
3282       BitMapKind,
3283
3284       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3285       // instructions from the table.
3286       ArrayKind
3287     } Kind;
3288
3289     // For SingleValueKind, this is the single value.
3290     Constant *SingleValue;
3291
3292     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3293     ConstantInt *BitMap;
3294     IntegerType *BitMapElementTy;
3295
3296     // For ArrayKind, this is the array.
3297     GlobalVariable *Array;
3298   };
3299 }
3300
3301 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3302                                      uint64_t TableSize,
3303                                      ConstantInt *Offset,
3304                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3305                                      Constant *DefaultValue,
3306                                      const DataLayout *TD) {
3307   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3308   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3309
3310   // If all values in the table are equal, this is that value.
3311   SingleValue = Values.begin()->second;
3312
3313   // Build up the table contents.
3314   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3315   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3316     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3317     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3318     assert(CaseRes->getType() == DefaultValue->getType());
3319
3320     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3321                    .getLimitedValue();
3322     TableContents[Idx] = CaseRes;
3323
3324     if (CaseRes != SingleValue)
3325       SingleValue = NULL;
3326   }
3327
3328   // Fill in any holes in the table with the default result.
3329   if (Values.size() < TableSize) {
3330     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3331       if (!TableContents[I])
3332         TableContents[I] = DefaultValue;
3333     }
3334
3335     if (DefaultValue != SingleValue)
3336       SingleValue = NULL;
3337   }
3338
3339   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3340   // that single value.
3341   if (SingleValue) {
3342     Kind = SingleValueKind;
3343     return;
3344   }
3345
3346   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3347   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, DefaultValue->getType())) {
3348     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(DefaultValue->getType());
3349     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3350     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3351       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3352       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3353       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3354         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3355         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3356       }
3357     }
3358     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3359     BitMapElementTy = IT;
3360     Kind = BitMapKind;
3361     ++NumBitMaps;
3362     return;
3363   }
3364
3365   // Store the table in an array.
3366   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultValue->getType(), TableSize);
3367   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3368
3369   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3370                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3371                              Initializer,
3372                              "switch.table");
3373   Array->setUnnamedAddr(true);
3374   Kind = ArrayKind;
3375 }
3376
3377 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3378   switch (Kind) {
3379     case SingleValueKind:
3380       return SingleValue;
3381     case BitMapKind: {
3382       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3383       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3384
3385       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3386       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3387       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3388       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3389
3390       // Multiply the shift amount by the element width.
3391       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3392                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3393                                    "switch.shiftamt");
3394
3395       // Shift down.
3396       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3397                                               "switch.downshift");
3398       // Mask off.
3399       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3400                                  "switch.masked");
3401     }
3402     case ArrayKind: {
3403       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3404       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3405                                              "switch.gep");
3406       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3407     }
3408   }
3409   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3410 }
3411
3412 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3413                                            uint64_t TableSize,
3414                                            const Type *ElementType) {
3415   if (!TD)
3416     return false;
3417   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3418   if (!IT)
3419     return false;
3420   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3421   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3422
3423   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3424   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3425     return false;
3426   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3427 }
3428
3429 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3430 /// for this switch, based on the number of caes, size of the table and the
3431 /// types of the results.
3432 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3433                                    uint64_t TableSize,
3434                                    const DataLayout *TD,
3435                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3436   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3437   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3438   // FIXME: Find the best cut-off.
3439   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3440     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3441   if (SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4)
3442     return true;
3443
3444   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3445   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3446        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3447     if (!SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, I->second))
3448       return false;
3449   }
3450   return true;
3451 }
3452
3453 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3454 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3455 /// replace the switch with lookup tables.
3456 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3457                                 IRBuilder<> &Builder,
3458                                 const DataLayout* TD) {
3459   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3460   // FIXME: Handle unreachable cases.
3461
3462   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3463   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3464
3465   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3466   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3467   // string and lookup indices into that.
3468
3469   // Ignore the switch if the number of cases is too small.
3470   // This is similar to the check when building jump tables in
3471   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3472   // FIXME: Determine the best cut-off.
3473   if (SI->getNumCases() < 4)
3474     return false;
3475
3476   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3477   // common destination, as well as the the min and max case values.
3478   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3479   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3480   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3481   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3482
3483   BasicBlock *CommonDest = NULL;
3484   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3485   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3486   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3487   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3488   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3489
3490   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3491     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3492     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3493       MinCaseVal = CaseVal;
3494     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3495       MaxCaseVal = CaseVal;
3496
3497     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3498     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3499     ResultsTy Results;
3500     if (!GetCaseResults(SI, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results))
3501       return false;
3502
3503     // Append the result from this case to the list for each phi.
3504     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3505       if (!ResultLists.count(I->first))
3506         PHIs.push_back(I->first);
3507       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3508     }
3509   }
3510
3511   // Get the resulting values for the default case.
3512   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3513   if (!GetCaseResults(SI, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResultsList))
3514     return false;
3515   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3516     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3517     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3518     DefaultResults[PHI] = Result;
3519     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3520   }
3521
3522   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3523   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3524   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TD, ResultTypes))
3525     return false;
3526
3527   // Create the BB that does the lookups.
3528   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3529   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3530                                             "switch.lookup",
3531                                             CommonDest->getParent(),
3532                                             CommonDest);
3533
3534   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3535   // the new BB.
3536   Builder.SetInsertPoint(SI);
3537   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3538                                         "switch.tableidx");
3539   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3540       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3541   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3542
3543   // Populate the BB that does the lookups.
3544   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3545   bool ReturnedEarly = false;
3546   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3547     PHINode *PHI = PHIs[I];
3548
3549     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3550                             DefaultResults[PHI], TD);
3551
3552     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3553
3554     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3555     // do that right here.
3556     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3557         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3558       Builder.CreateRet(Result);
3559       ReturnedEarly = true;
3560       break;
3561     }
3562
3563     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3564   }
3565
3566   if (!ReturnedEarly)
3567     Builder.CreateBr(CommonDest);
3568
3569   // Remove the switch.
3570   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3571     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3572     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3573     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3574   }
3575   SI->eraseFromParent();
3576
3577   ++NumLookupTables;
3578   return true;
3579 }
3580
3581 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3582   // If this switch is too complex to want to look at, ignore it.
3583   if (!isValueEqualityComparison(SI))
3584     return false;
3585
3586   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3587
3588   // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3589   // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3590   if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3591     if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3592       return SimplifyCFG(BB) | true;
3593
3594   Value *Cond = SI->getCondition();
3595   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3596     if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3597       return SimplifyCFG(BB) | true;
3598
3599   // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3600   // away into any preds.
3601   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3602   // Ignore dbg intrinsics.
3603   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3604     ++BBI;
3605   if (SI == &*BBI)
3606     if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3607       return SimplifyCFG(BB) | true;
3608
3609   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3610   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3611     return SimplifyCFG(BB) | true;
3612
3613   // Remove unreachable cases.
3614   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3615     return SimplifyCFG(BB) | true;
3616
3617   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3618     return SimplifyCFG(BB) | true;
3619
3620   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TD))
3621     return SimplifyCFG(BB) | true;
3622
3623   return false;
3624 }
3625
3626 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3627   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3628   bool Changed = false;
3629
3630   // Eliminate redundant destinations.
3631   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3632   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3633     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3634     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3635       Dest->removePredecessor(BB);
3636       IBI->removeDestination(i);
3637       --i; --e;
3638       Changed = true;
3639     }
3640   }
3641
3642   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3643     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3644     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3645     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3646     return true;
3647   }
3648
3649   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3650     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3651     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3652     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3653     return true;
3654   }
3655
3656   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3657     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3658       return SimplifyCFG(BB) | true;
3659   }
3660   return Changed;
3661 }
3662
3663 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3664   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3665
3666   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3667     return true;
3668
3669   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3670   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3671   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3672       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3673     return true;
3674
3675   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3676   // against a constant, try to simplify the block.
3677   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3678     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3679       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3680         ;
3681       if (I->isTerminator() &&
3682           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, TD, Builder))
3683         return true;
3684     }
3685
3686   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3687   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3688   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3689   // for PHI nodes in common successor.
3690   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3691     return SimplifyCFG(BB) | true;
3692   return false;
3693 }
3694
3695
3696 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3697   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3698
3699   // Conditional branch
3700   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3701     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3702     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3703     // switch.
3704     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3705       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3706         return SimplifyCFG(BB) | true;
3707
3708     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3709     // Ignore dbg intrinsics.
3710     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3711     // Ignore dbg intrinsics.
3712     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3713       ++I;
3714     if (&*I == BI) {
3715       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3716         return SimplifyCFG(BB) | true;
3717     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3718       ++I;
3719       // Ignore dbg intrinsics.
3720       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3721         ++I;
3722       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3723         return SimplifyCFG(BB) | true;
3724     }
3725   }
3726
3727   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3728   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3729     return true;
3730
3731   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3732   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3733   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3734   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3735     return SimplifyCFG(BB) | true;
3736
3737   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3738   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3739   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3740   // can hoist it up to the branching block.
3741   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3742     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3743       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3744         return SimplifyCFG(BB) | true;
3745     } else {
3746       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3747       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3748       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3749       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3750           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3751         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
3752           return SimplifyCFG(BB) | true;
3753     }
3754   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3755     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
3756     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
3757     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
3758     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3759         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
3760       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
3761         return SimplifyCFG(BB) | true;
3762   }
3763
3764   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
3765   // through this block if any PHI node entries are constants.
3766   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
3767     if (PN->getParent() == BI->getParent())
3768       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
3769         return SimplifyCFG(BB) | true;
3770
3771   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
3772   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
3773     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
3774       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
3775         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
3776           return SimplifyCFG(BB) | true;
3777
3778   return false;
3779 }
3780
3781 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
3782 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
3783   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
3784   if (!C)
3785     return false;
3786
3787   if (I->use_empty())
3788     return false;
3789
3790   if (C->isNullValue()) {
3791     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
3792     User *Use = *I->use_begin();
3793
3794     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
3795     // control flow (eg. calls)
3796     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
3797       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
3798         return false;
3799
3800     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
3801     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
3802       if (GEP->getPointerOperand() == I)
3803         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
3804
3805     // Look through bitcasts.
3806     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
3807       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
3808
3809     // Load from null is undefined.
3810     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
3811       return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
3812
3813     // Store to null is undefined.
3814     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
3815       return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
3816   }
3817   return false;
3818 }
3819
3820 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
3821 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
3822 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
3823   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
3824        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
3825     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3826       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
3827         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
3828         IRBuilder<> Builder(T);
3829         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
3830           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
3831           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
3832           // destination from conditional branches.
3833           if (BI->isUnconditional())
3834             Builder.CreateUnreachable();
3835           else
3836             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
3837                                                          BI->getSuccessor(0));
3838           BI->eraseFromParent();
3839           return true;
3840         }
3841         // TODO: SwitchInst.
3842       }
3843
3844   return false;
3845 }
3846
3847 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
3848   bool Changed = false;
3849
3850   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
3851   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
3852
3853   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
3854   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
3855   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3856        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
3857       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
3858     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
3859     DeleteDeadBlock(BB);
3860     return true;
3861   }
3862
3863   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
3864   // away...
3865   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
3866
3867   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
3868   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
3869
3870   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
3871   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
3872
3873   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
3874   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
3875   // if there are no PHI nodes.
3876   //
3877   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
3878     return true;
3879
3880   IRBuilder<> Builder(BB);
3881
3882   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
3883   // eliminate it, do so now.
3884   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
3885     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
3886       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
3887
3888   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
3889   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
3890     if (BI->isUnconditional()) {
3891       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
3892     } else {
3893       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
3894     }
3895   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
3896     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
3897   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
3898     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
3899   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
3900     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
3901   } else if (UnreachableInst *UI =
3902                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
3903     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
3904   } else if (IndirectBrInst *IBI =
3905                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
3906     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
3907   }
3908
3909   return Changed;
3910 }
3911
3912 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
3913 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
3914 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
3915 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
3916 ///
3917 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const DataLayout *TD) {
3918   return SimplifyCFGOpt(TD).run(BB);
3919 }