PGO: preserve branch-weight metadata when merging two switches where
[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/Target/TargetData.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 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
58 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
59
60 namespace {
61   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
62   struct ValueEqualityComparisonCase {
63     ConstantInt *Value;
64     BasicBlock *Dest;
65
66     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
67       : Value(Value), Dest(Dest) {}
68
69     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
70       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
71       return Value < RHS.Value;
72     }
73   };
74
75 class SimplifyCFGOpt {
76   const TargetData *const TD;
77
78   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
79   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
80                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
81   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
82                                                      BasicBlock *Pred,
83                                                      IRBuilder<> &Builder);
84   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
85                                            IRBuilder<> &Builder);
86
87   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
88   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
89   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
90   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
91   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
92   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
93   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
94
95 public:
96   explicit SimplifyCFGOpt(const TargetData *td) : TD(td) {}
97   bool run(BasicBlock *BB);
98 };
99 }
100
101 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
102 /// terminator instructions together.
103 ///
104 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
105   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
106
107   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
108   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
109   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
110   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
111   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
112   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
113
114   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
115     if (SI1Succs.count(*I))
116       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
117            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
118         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
119         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
120             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
121           return false;
122       }
123
124   return true;
125 }
126
127 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
128 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
129 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
130 /// successors.
131 ///
132 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
133                                           BranchInst *SI2,
134                                           Instruction *Cond,
135                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
136   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
137   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
138
139   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
140   // common successors:
141   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
142   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
143   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
144   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
145   if (!Ci2) return false;
146   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
147         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
148       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
149         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
150     return false;
151
152   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
153   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
154   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
155   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
156     if (SI1Succs.count(*I))
157       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
158            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
159         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
160         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
161             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
162           return false;
163         PhiNodes.push_back(PN);
164       }
165   return true;
166 }
167
168 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
169 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
170 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
171 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
172 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
173                                   BasicBlock *ExistPred) {
174   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
175
176   PHINode *PN;
177   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
178        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
179     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
180 }
181
182
183 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
184 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
185 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
186 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
187 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
188 /// be entered if the condition is false.
189 ///
190 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
191 /// instructions in them.
192 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
193                              BasicBlock *&IfFalse) {
194   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
195   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
196          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
197   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
198   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
199
200   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
201   // branches if possible anyway.
202   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
203   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
204   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
205     return 0;
206
207   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
208   // either are.
209   if (Pred2Br->isConditional()) {
210     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
211     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
212     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
213     // probably not profitable.
214     if (Pred1Br->isConditional())
215       return 0;
216
217     std::swap(Pred1, Pred2);
218     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
219   }
220
221   if (Pred1Br->isConditional()) {
222     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
223     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
224     // doesn't dominate BB.
225     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
226       return 0;
227
228     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
229     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
230     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
231         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
232       IfTrue = Pred1;
233       IfFalse = Pred2;
234     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
235                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
236       IfTrue = Pred2;
237       IfFalse = Pred1;
238     } else {
239       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
240       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
241       return 0;
242     }
243
244     return Pred1Br->getCondition();
245   }
246
247   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
248   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
249   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
250   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
251   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
252     return 0;
253
254   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
255   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
256   if (BI == 0) return 0;
257
258   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
259   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
260     IfTrue = Pred1;
261     IfFalse = Pred2;
262   } else {
263     IfTrue = Pred2;
264     IfFalse = Pred1;
265   }
266   return BI->getCondition();
267 }
268
269 /// ComputeSpeculuationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
270 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
271 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
272 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
273   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
274          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
275   switch (Operator::getOpcode(I)) {
276   default:
277     // In doubt, be conservative.
278     return UINT_MAX;
279   case Instruction::GetElementPtr:
280     // GEPs are cheap if all indices are constant.
281     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
282       return UINT_MAX;
283     return 1;
284   case Instruction::Load:
285   case Instruction::Add:
286   case Instruction::Sub:
287   case Instruction::And:
288   case Instruction::Or:
289   case Instruction::Xor:
290   case Instruction::Shl:
291   case Instruction::LShr:
292   case Instruction::AShr:
293   case Instruction::ICmp:
294   case Instruction::Trunc:
295   case Instruction::ZExt:
296   case Instruction::SExt:
297     return 1; // These are all cheap.
298
299   case Instruction::Call:
300   case Instruction::Select:
301     return 2;
302   }
303 }
304
305 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
306 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
307 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
308 /// which works well enough for us.
309 ///
310 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
311 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
312 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
313 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
314 /// set and true is returned.
315 ///
316 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
317 /// Select whose cost is 2.
318 ///
319 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
320 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
321 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
322 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
323                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
324                                 unsigned &CostRemaining) {
325   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
326   if (!I) {
327     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
328     // can be executed unconditionally.
329     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
330       if (C->canTrap())
331         return false;
332     return true;
333   }
334   BasicBlock *PBB = I->getParent();
335
336   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
337   // the bottom of this block.
338   if (PBB == BB) return false;
339
340   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
341   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
342   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
343   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
344   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
345     return true;
346
347   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
348   // instructions in the 'if region'.
349   if (AggressiveInsts == 0) return false;
350
351   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
352   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
353
354   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
355   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
356   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
357   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
358     return false;
359
360   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
361
362   if (Cost > CostRemaining)
363     return false;
364
365   CostRemaining -= Cost;
366
367   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
368   // not take us over the cost threshold.
369   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
370     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
371       return false;
372   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
373   AggressiveInsts->insert(I);
374   return true;
375 }
376
377 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
378 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
379 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const TargetData *TD) {
380   // Normal constant int.
381   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
382   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
383     return CI;
384
385   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
386   // ConstantInt if possible.
387   IntegerType *PtrTy = TD->getIntPtrType(V->getContext());
388
389   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
390   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
391     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
392
393   // IntToPtr const int.
394   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
395     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
396       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
397         // The constant is very likely to have the right type already.
398         if (CI->getType() == PtrTy)
399           return CI;
400         else
401           return cast<ConstantInt>
402             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
403       }
404   return 0;
405 }
406
407 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
408 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
409 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
410 /// Values vector.
411 static Value *
412 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
413                        const TargetData *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
414   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
415   if (I == 0) return 0;
416
417   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
418   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
419     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
420       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
421         UsedICmps++;
422         Vals.push_back(C);
423         return I->getOperand(0);
424       }
425
426       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
427       // the set.
428       ConstantRange Span =
429         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
430
431       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
432       // x != 0 && x != 1.
433       if (!isEQ)
434         Span = Span.inverse();
435
436       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
437       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
438         return 0;
439
440       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
441         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
442       UsedICmps++;
443       return I->getOperand(0);
444     }
445     return 0;
446   }
447
448   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
449   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
450     return 0;
451
452   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
453   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
454   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
455                                           isEQ, UsedICmps)) {
456     unsigned NumVals = Vals.size();
457     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
458     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
459                                             isEQ, UsedICmps)) {
460       if (LHS == RHS)
461         return LHS;
462       Vals.resize(NumVals);
463       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
464     }
465
466     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
467     // set it and return success.
468     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
469       Extra = I->getOperand(1);
470       return LHS;
471     }
472
473     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
474     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
475     return 0;
476   }
477
478   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
479   // use LHS as Extra.
480   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
481     Value *OldExtra = Extra;
482     Extra = I->getOperand(0);
483     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
484                                             isEQ, UsedICmps))
485       return RHS;
486     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
487     Extra = OldExtra;
488   }
489
490   return 0;
491 }
492
493 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
494   Instruction *Cond = 0;
495   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
496     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
497   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
498     if (BI->isConditional())
499       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
500   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
501     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
502   }
503
504   TI->eraseFromParent();
505   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
506 }
507
508 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
509 /// to see if a value is equal to constant integer value.
510 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
511   Value *CV = 0;
512   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
513     // Do not permit merging of large switch instructions into their
514     // predecessors unless there is only one predecessor.
515     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
516                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
517       CV = SI->getCondition();
518   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
519     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
520       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
521         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
522              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
523             GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
524           CV = ICI->getOperand(0);
525
526   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
527   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
528     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
529       CV = PTII->getOperand(0);
530   return CV;
531 }
532
533 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
534 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
535 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
536 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
537                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
538                                                                        &Cases) {
539   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
540     Cases.reserve(SI->getNumCases());
541     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
542       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
543                                                   i.getCaseSuccessor()));
544     return SI->getDefaultDest();
545   }
546
547   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
548   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
549   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
550   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
551                                                              TD),
552                                               Succ));
553   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
554 }
555
556
557 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
558 /// in the list that match the specified block.
559 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
560                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
561   for (unsigned i = 0, e = Cases.size(); i != e; ++i)
562     if (Cases[i].Dest == BB) {
563       Cases.erase(Cases.begin()+i);
564       --i; --e;
565     }
566 }
567
568 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
569 /// well.
570 static bool
571 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
572               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
573   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
574
575   // Make V1 be smaller than V2.
576   if (V1->size() > V2->size())
577     std::swap(V1, V2);
578
579   if (V1->size() == 0) return false;
580   if (V1->size() == 1) {
581     // Just scan V2.
582     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
583     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
584       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
585         return true;
586   }
587
588   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
589   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
590   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
591   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
592   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
593     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
594       return true;
595     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
596       ++i1;
597     else
598       ++i2;
599   }
600   return false;
601 }
602
603 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
604 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
605 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
606 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
607 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
608 /// form of jump threading.
609 bool SimplifyCFGOpt::
610 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
611                                               BasicBlock *Pred,
612                                               IRBuilder<> &Builder) {
613   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
614   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
615
616   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
617   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
618   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
619
620   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
621   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
622
623   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
624   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
625   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
626                                                         PredCases);
627   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
628
629   // Find information about how control leaves this block.
630   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
631   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
632   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
633
634   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
635   // simplify TI based on this knowledge.
636   if (PredDef == TI->getParent()) {
637     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
638     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
639     // can simplify TI.
640     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
641       return false;
642
643     if (isa<BranchInst>(TI)) {
644       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
645       // uncond br.
646       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
647       // Insert the new branch.
648       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
649       (void) NI;
650
651       // Remove PHI node entries for the dead edge.
652       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
653
654       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
655            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
656
657       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
658       return true;
659     }
660
661     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
662     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
663     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
664     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
665       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
666
667     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
668                  << "Through successor TI: " << *TI);
669
670     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
671       --i;
672       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
673         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
674         SI->removeCase(i);
675       }
676     }
677
678     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
679     return true;
680   }
681
682   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
683   // which value (or set of values) this is.
684   ConstantInt *TIV = 0;
685   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
686   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
687     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
688       if (TIV != 0)
689         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
690       TIV = PredCases[i].Value;
691     }
692   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
693
694   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
695   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
696   BasicBlock *TheRealDest = 0;
697   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
698     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
699       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
700       break;
701     }
702
703   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
704   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
705
706   // Remove PHI node entries for dead edges.
707   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
708   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
709     if (*SI != CheckEdge)
710       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
711     else
712       CheckEdge = 0;
713
714   // Insert the new branch.
715   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
716   (void) NI;
717
718   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
719             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
720
721   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
722   return true;
723 }
724
725 namespace {
726   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
727   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
728   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
729   struct ConstantIntOrdering {
730     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
731       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
732     }
733   };
734 }
735
736 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
737   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
738   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
739   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
740     return 1;
741   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
742     return 0;
743   return -1;
744 }
745
746 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
747   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
748   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
749     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
750       return MDS->getString().equals("branch_weights");
751
752   return false;
753 }
754
755 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
756 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
757 /// metadata.
758 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
759                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
760   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
761   assert(MD);
762   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
763     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
764     assert(CI);
765     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
766   }
767
768   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
769   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
770   // default weight to be the first entry.
771   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
772     assert(Weights.size() == 2);
773     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
774     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
775       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
776   }
777 }
778
779 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
780 /// weights if any are.
781 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
782   bool Halve = false;
783   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
784     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
785       Halve = true;
786       break;
787     }
788
789   if (! Halve)
790     return;
791
792   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
793     Weights[i] /= 2;
794 }
795
796 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
797 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
798 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
799 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
800 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
801                                                          IRBuilder<> &Builder) {
802   BasicBlock *BB = TI->getParent();
803   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
804   assert(CV && "Not a comparison?");
805   bool Changed = false;
806
807   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
808   while (!Preds.empty()) {
809     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
810
811     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
812     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
813     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
814
815     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
816       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
817       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
818       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
819
820       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
821       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
822
823       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
824       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
825       // build.
826       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
827
828       // Update the branch weight metadata along the way
829       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
830       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
831       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
832
833       if (PredHasWeights)
834         GetBranchWeights(PTI, Weights);
835       else if (SuccHasWeights)
836         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
837         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
838         // successor's weights
839         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
840
841       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
842       if (SuccHasWeights)
843         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
844       else if (PredHasWeights)
845         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
846
847       if (PredDefault == BB) {
848         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
849         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
850         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
851         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
852           if (PredCases[i].Dest != BB)
853             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
854           else {
855             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
856             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
857
858             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
859               // Increase weight for the default case.
860               Weights[0] += Weights[i+1];
861               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
862               Weights.pop_back();
863             }
864
865             PredCases.pop_back();
866             --i; --e;
867           }
868
869         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
870         if (PredDefault != BBDefault) {
871           PredDefault->removePredecessor(Pred);
872           PredDefault = BBDefault;
873           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
874         }
875
876         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
877         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
878         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
879           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
880               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
881             PredCases.push_back(BBCases[i]);
882             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
883             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
884               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
885               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
886               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
887               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
888               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
889             }
890           }
891
892         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
893           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
894           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
895           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
896             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
897           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
898           Weights[0] *= SuccWeights[0];
899         }
900       } else {
901         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
902         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
903         // activated.
904         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
905         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
906         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
907           if (PredCases[i].Dest == BB) {
908             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
909
910             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
911               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
912               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
913               Weights.pop_back();
914             }
915
916             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
917             PredCases.pop_back();
918             --i; --e;
919           }
920
921         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
922         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
923         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
924           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
925             // If this is one we are capable of getting...
926             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
927               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
928             PredCases.push_back(BBCases[i]);
929             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
930             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
931           }
932
933         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
934         // they must go to the default destination of TI.
935         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
936                                     PTIHandled.begin(),
937                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
938           if (PredHasWeights || SuccHasWeights) 
939             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]); 
940           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
941           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
942         }
943       }
944
945       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
946       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
947       // successors.
948       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
949         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
950
951       Builder.SetInsertPoint(PTI);
952       // Convert pointer to int before we switch.
953       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
954         assert(TD && "Cannot switch on pointer without TargetData");
955         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
956                                     "magicptr");
957       }
958
959       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
960       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
961                                                PredCases.size());
962       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
963       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
964         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
965
966       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
967         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
968         FitWeights(Weights);
969
970         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
971
972         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
973                            MDBuilder(BB->getContext()).
974                            createBranchWeights(MDWeights));
975       }
976
977       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
978
979       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
980       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
981       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
982       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
983       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
984         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
985           if (InfLoopBlock == 0) {
986             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
987             // or it won't matter if it's hot. :)
988             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
989                                               "infloop", BB->getParent());
990             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
991           }
992           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
993         }
994
995       Changed = true;
996     }
997   }
998   return Changed;
999 }
1000
1001 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1002 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1003 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1004 // to put the select in this case.
1005 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1006                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1007   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1008     PHINode *PN;
1009     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1010          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1011       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1012       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1013       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1014         return false;
1015       }
1016     }
1017   }
1018   return true;
1019 }
1020
1021 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1022 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1023 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1024 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1025   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1026   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1027   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1028   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1029   // identical order.
1030   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1031   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1032
1033   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1034   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1035
1036   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1037   // Skip debug info if it is not identical.
1038   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1039   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1040   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1041     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1042       I1 = BB1_Itr++;
1043     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1044       I2 = BB2_Itr++;
1045   }
1046   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1047       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1048     return false;
1049
1050   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
1051   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1052
1053   do {
1054     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1055     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1056     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1057       goto HoistTerminator;
1058
1059     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1060     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1061     // the now redundant second instruction.
1062     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1063     if (!I2->use_empty())
1064       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1065     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1066     I2->eraseFromParent();
1067
1068     I1 = BB1_Itr++;
1069     I2 = BB2_Itr++;
1070     // Skip debug info if it is not identical.
1071     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1072     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1073     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1074       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1075         I1 = BB1_Itr++;
1076       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1077         I2 = BB2_Itr++;
1078     }
1079   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1080
1081   return true;
1082
1083 HoistTerminator:
1084   // It may not be possible to hoist an invoke.
1085   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1086     return true;
1087
1088   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1089   Instruction *NT = I1->clone();
1090   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1091   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1092     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1093     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1094     NT->takeName(I1);
1095   }
1096
1097   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1098   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1099   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1100   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1101   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1102   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1103   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1104     PHINode *PN;
1105     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1106          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1107       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1108       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1109       if (BB1V == BB2V) continue;
1110
1111       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1112       // that determines the right value.
1113       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1114       if (SI == 0)
1115         SI = cast<SelectInst>
1116           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1117                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1118
1119       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1120       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1121         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1122           PN->setIncomingValue(i, SI);
1123     }
1124   }
1125
1126   // Update any PHI nodes in our new successors.
1127   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1128     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1129
1130   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1131   return true;
1132 }
1133
1134 /// SpeculativelyExecuteBB - Given a conditional branch that goes to BB1
1135 /// and an BB2 and the only successor of BB1 is BB2, hoist simple code
1136 /// (for now, restricted to a single instruction that's side effect free) from
1137 /// the BB1 into the branch block to speculatively execute it.
1138 ///
1139 /// Turn
1140 /// BB:
1141 ///     %t1 = icmp
1142 ///     br i1 %t1, label %BB1, label %BB2
1143 /// BB1:
1144 ///     %t3 = add %t2, c
1145 ///     br label BB2
1146 /// BB2:
1147 /// =>
1148 /// BB:
1149 ///     %t1 = icmp
1150 ///     %t4 = add %t2, c
1151 ///     %t3 = select i1 %t1, %t2, %t3
1152 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *BB1) {
1153   // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1154   // terminator) for now.
1155   Instruction *HInst = NULL;
1156   Instruction *Term = BB1->getTerminator();
1157   for (BasicBlock::iterator BBI = BB1->begin(), BBE = BB1->end();
1158        BBI != BBE; ++BBI) {
1159     Instruction *I = BBI;
1160     // Skip debug info.
1161     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
1162     if (I == Term) break;
1163
1164     if (HInst)
1165       return false;
1166     HInst = I;
1167   }
1168
1169   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1170
1171   // Check the instruction to be hoisted, if there is one.
1172   if (HInst) {
1173     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1174     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(HInst))
1175       return false;
1176     if (ComputeSpeculationCost(HInst) > PHINodeFoldingThreshold)
1177       return false;
1178
1179     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1180     // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1181     // being sunk into the use block.
1182     for (User::op_iterator i = HInst->op_begin(), e = HInst->op_end();
1183          i != e; ++i) {
1184       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1185       if (OpI && OpI->getParent() == BIParent &&
1186           !OpI->mayHaveSideEffects() &&
1187           !OpI->isUsedInBasicBlock(BIParent))
1188         return false;
1189     }
1190   }
1191
1192   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1193   Value *BrCond = BI->getCondition();
1194   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1195     return false;
1196
1197   // If BB1 is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1198   // to swap the select operands later.
1199   bool Invert = false;
1200   if (BB1 != BI->getSuccessor(0)) {
1201     assert(BB1 == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1202     Invert = true;
1203   }
1204
1205   // Collect interesting PHIs, and scan for hazards.
1206   SmallSetVector<std::pair<Value *, Value *>, 4> PHIs;
1207   BasicBlock *BB2 = BB1->getTerminator()->getSuccessor(0);
1208   for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1209        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1210     Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1211     Value *BIParentV = PN->getIncomingValueForBlock(BIParent);
1212
1213     // Skip PHIs which are trivial.
1214     if (BB1V == BIParentV)
1215       continue;
1216
1217     // Check for saftey.
1218     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BB1V)) {
1219       // An unfolded ConstantExpr could end up getting expanded into
1220       // Instructions. Don't speculate this and another instruction at
1221       // the same time.
1222       if (HInst)
1223         return false;
1224       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1225         return false;
1226       if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1227         return false;
1228     }
1229
1230     // Ok, we may insert a select for this PHI.
1231     PHIs.insert(std::make_pair(BB1V, BIParentV));
1232   }
1233
1234   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1235   // as well.
1236   if (PHIs.empty())
1237     return false;
1238
1239   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1240   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *BB1 << "\n";);
1241
1242   // Hoist the instruction.
1243   if (HInst)
1244     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), HInst);
1245
1246   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1247   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1248   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
1249     Value *TrueV = PHIs[i].first;
1250     Value *FalseV = PHIs[i].second;
1251
1252     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1253     // false value is the previously determined FalseV.
1254     SelectInst *SI;
1255     if (Invert)
1256       SI = cast<SelectInst>
1257         (Builder.CreateSelect(BrCond, FalseV, TrueV,
1258                               FalseV->getName() + "." + TrueV->getName()));
1259     else
1260       SI = cast<SelectInst>
1261         (Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1262                               TrueV->getName() + "." + FalseV->getName()));
1263
1264     // Make the PHI node use the select for all incoming values for "then" and
1265     // "if" blocks.
1266     for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1267          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1268       unsigned BB1I = PN->getBasicBlockIndex(BB1);
1269       unsigned BIParentI = PN->getBasicBlockIndex(BIParent);
1270       Value *BB1V = PN->getIncomingValue(BB1I);
1271       Value *BIParentV = PN->getIncomingValue(BIParentI);
1272       if (TrueV == BB1V && FalseV == BIParentV) {
1273         PN->setIncomingValue(BB1I, SI);
1274         PN->setIncomingValue(BIParentI, SI);
1275       }
1276     }
1277   }
1278
1279   ++NumSpeculations;
1280   return true;
1281 }
1282
1283 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1284 /// across this block.
1285 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1286   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1287   unsigned Size = 0;
1288
1289   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1290     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1291       continue;
1292     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1293     ++Size;
1294
1295     // We can only support instructions that do not define values that are
1296     // live outside of the current basic block.
1297     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1298          UI != E; ++UI) {
1299       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1300       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1301     }
1302
1303     // Looks ok, continue checking.
1304   }
1305
1306   return true;
1307 }
1308
1309 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1310 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1311 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1312 /// ultimate destination.
1313 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const TargetData *TD) {
1314   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1315   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1316   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1317   // outside of the block.
1318   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1319     return false;
1320
1321   // Degenerate case of a single entry PHI.
1322   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1323     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1324     return true;
1325   }
1326
1327   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1328   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1329
1330   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1331   // constants.
1332   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1333     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1334     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1335
1336     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1337     // branch to RealDest.
1338     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1339     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1340
1341     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1342     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1343     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1344
1345     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1346     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1347     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1348     // the edge we are about to create.
1349     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1350                                             RealDest->getName()+".critedge",
1351                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1352     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1353
1354     // Update PHI nodes.
1355     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1356
1357     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1358     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1359     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1360     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1361     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1362     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1363       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1364         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1365         continue;
1366       }
1367       // Clone the instruction.
1368       Instruction *N = BBI->clone();
1369       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1370
1371       // Update operands due to translation.
1372       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1373            i != e; ++i) {
1374         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1375         if (PI != TranslateMap.end())
1376           *i = PI->second;
1377       }
1378
1379       // Check for trivial simplification.
1380       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1381         TranslateMap[BBI] = V;
1382         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1383       } else {
1384         // Insert the new instruction into its new home.
1385         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1386         if (!BBI->use_empty())
1387           TranslateMap[BBI] = N;
1388       }
1389     }
1390
1391     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1392     // to EdgeBB instead.
1393     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1394     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1395       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1396         BB->removePredecessor(PredBB);
1397         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1398       }
1399
1400     // Recurse, simplifying any other constants.
1401     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1402   }
1403
1404   return false;
1405 }
1406
1407 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1408 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1409 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1410   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1411   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1412   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1413   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1414   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1415   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1416   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1417   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1418   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1419   if (!IfCond ||
1420       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1421       isa<ConstantInt>(IfCond))
1422     return false;
1423
1424   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1425   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1426   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1427   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1428   // fewer PHI nodes in this block.
1429   unsigned NumPhis = 0;
1430   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1431     if (NumPhis > 2)
1432       return false;
1433
1434   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1435   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1436   // that need to be moved to the dominating block.
1437   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1438   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1439            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1440
1441   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1442     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1443     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1444       PN->replaceAllUsesWith(V);
1445       PN->eraseFromParent();
1446       continue;
1447     }
1448
1449     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1450                              MaxCostVal0) ||
1451         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1452                              MaxCostVal1))
1453       return false;
1454   }
1455
1456   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1457   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1458   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1459   if (PN == 0) return true;
1460
1461   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1462   // often be turned into switches and other things.
1463   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1464       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1465        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1466        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1467     return false;
1468
1469   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1470   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1471   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1472   // worth promoting to select instructions.
1473   BasicBlock *DomBlock = 0;
1474   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1475   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1476   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1477     IfBlock1 = 0;
1478   } else {
1479     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1480     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1481       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1482         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1483         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1484         // flow, so the xform is not worth it.
1485         return false;
1486       }
1487   }
1488
1489   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1490     IfBlock2 = 0;
1491   } else {
1492     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1493     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1494       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1495         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1496         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1497         // flow, so the xform is not worth it.
1498         return false;
1499       }
1500   }
1501
1502   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1503                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1504
1505   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1506   // do all of the PHI's now.
1507   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1508   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1509
1510   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1511   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1512   if (IfBlock1)
1513     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1514                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1515                                    IfBlock1->getTerminator());
1516   if (IfBlock2)
1517     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1518                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1519                                    IfBlock2->getTerminator());
1520
1521   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1522     // Change the PHI node into a select instruction.
1523     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1524     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1525
1526     SelectInst *NV =
1527       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1528     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1529     NV->takeName(PN);
1530     PN->eraseFromParent();
1531   }
1532
1533   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1534   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1535   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1536   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1537   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1538   Builder.CreateBr(BB);
1539   OldTI->eraseFromParent();
1540   return true;
1541 }
1542
1543 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1544 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1545 /// introducing a select if the return values disagree.
1546 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1547                                            IRBuilder<> &Builder) {
1548   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1549   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1550   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1551   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1552   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1553
1554   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1555   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1556   // computation on one path or the other.
1557   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1558     return false;
1559   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1560     return false;
1561
1562   Builder.SetInsertPoint(BI);
1563   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1564   // there is no return value for this function, just change the
1565   // branch into a return.
1566   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1567     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1568     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1569     Builder.CreateRetVoid();
1570     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1571     return true;
1572   }
1573
1574   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1575   // so we can insert a new select instruction.
1576   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1577   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1578
1579   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1580   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1581     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1582       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1583   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1584     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1585       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1586
1587   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1588   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1589   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1590   // constant expression that prevents this transformation from being
1591   // safe.
1592   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1593     if (TCV->canTrap())
1594       return false;
1595   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1596     if (FCV->canTrap())
1597       return false;
1598
1599   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1600   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1601   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1602   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1603
1604   // Insert select instructions where needed.
1605   Value *BrCond = BI->getCondition();
1606   if (TrueValue) {
1607     // Insert a select if the results differ.
1608     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1609     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1610       TrueValue = FalseValue;
1611     } else {
1612       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1613                                        FalseValue, "retval");
1614     }
1615   }
1616
1617   Value *RI = !TrueValue ?
1618     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1619
1620   (void) RI;
1621
1622   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1623                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1624                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1625
1626   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1627
1628   return true;
1629 }
1630
1631 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1632 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1633 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1634 /// found.
1635 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1636                                   APInt &ProbTrue, APInt &ProbFalse) {
1637   assert(BI->isConditional() &&
1638          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1639   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1640   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1641   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1642   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1643   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1644   ProbTrue = CITrue->getValue();
1645   ProbFalse = CIFalse->getValue();
1646   assert(ProbTrue.getBitWidth() == 32 && ProbFalse.getBitWidth() == 32 &&
1647          "Branch probability metadata must be 32-bit integers");
1648   return true;
1649 }
1650
1651 /// MultiplyAndLosePrecision - Multiplies A and B, then returns the result. In
1652 /// the event of overflow, logically-shifts all four inputs right until the
1653 /// multiply fits.
1654 static APInt MultiplyAndLosePrecision(APInt &A, APInt &B, APInt &C, APInt &D,
1655                                       unsigned &BitsLost) {
1656   BitsLost = 0;
1657   bool Overflow = false;
1658   APInt Result = A.umul_ov(B, Overflow);
1659   if (Overflow) {
1660     APInt MaxB = APInt::getMaxValue(A.getBitWidth()).udiv(A);
1661     do {
1662       B = B.lshr(1);
1663       ++BitsLost;
1664     } while (B.ugt(MaxB));
1665     A = A.lshr(BitsLost);
1666     C = C.lshr(BitsLost);
1667     D = D.lshr(BitsLost);
1668     Result = A * B;
1669   }
1670   return Result;
1671 }
1672
1673 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1674 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1675 ///
1676 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1677   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1678     return false;
1679   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1680     Instruction *PBI = &*I;
1681     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1682     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1683       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1684       Inst->eraseFromParent();
1685       return true;
1686     }
1687   }
1688   return false;
1689 }
1690
1691 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1692 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1693 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1694 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1695   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1696
1697   Instruction *Cond = 0;
1698   if (BI->isConditional())
1699     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1700   else {
1701     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1702     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1703     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1704     // predecessor.
1705     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1706       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1707         if (PBI->isConditional() &&
1708             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1709              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1710           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1711                I != E; ) {
1712             Instruction *Curr = I++;
1713             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1714               Cond = Curr;
1715               break;
1716             }
1717             // Quit if we can't remove this instruction.
1718             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1719               return false;
1720           }
1721         }
1722
1723     if (Cond == 0)
1724       return false;
1725   }
1726
1727   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1728     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
1729   return false;
1730
1731   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1732   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1733   // must be at the front of the block.
1734   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
1735
1736   // Ignore dbg intrinsics.
1737   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1738
1739   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
1740   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
1741   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
1742   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
1743   Instruction *BonusInst = 0;
1744   if (&*FrontIt != Cond &&
1745       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
1746       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
1747     BonusInst = &*FrontIt;
1748     ++FrontIt;
1749
1750     // Ignore dbg intrinsics.
1751     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1752   }
1753
1754   // Only a single bonus inst is allowed.
1755   if (&*FrontIt != Cond)
1756     return false;
1757
1758   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1759   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1760
1761   // Ingore dbg intrinsics.
1762   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
1763
1764   if (&*CondIt != BI)
1765     return false;
1766
1767   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
1768   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
1769   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
1770     if (CE->canTrap())
1771       return false;
1772   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
1773     if (CE->canTrap())
1774       return false;
1775
1776   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
1777   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
1778   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
1779   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
1780     return false;
1781
1782   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1783     BasicBlock *PredBlock = *PI;
1784     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
1785
1786     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
1787     // the common successor, verify that the same value flows in from both
1788     // blocks.
1789     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
1790     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
1791         (BI->isConditional() &&
1792          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
1793         (!BI->isConditional() &&
1794          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
1795       continue;
1796
1797     // Determine if the two branches share a common destination.
1798     Instruction::BinaryOps Opc;
1799     bool InvertPredCond = false;
1800
1801     if (BI->isConditional()) {
1802       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
1803         Opc = Instruction::Or;
1804       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
1805         Opc = Instruction::And;
1806       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
1807         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
1808       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
1809         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
1810       else
1811         continue;
1812     } else {
1813       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
1814         continue;
1815     }
1816
1817     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
1818     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
1819     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
1820     // out-of-order core by speculating them earlier.
1821     if (BonusInst) {
1822       // Collect the values used by the bonus inst
1823       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
1824       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
1825            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
1826         Value *V = *OI;
1827         if (!isa<Constant>(V))
1828           UsedValues.insert(V);
1829       }
1830
1831       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
1832       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
1833
1834       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
1835       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
1836       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
1837       while (!Worklist.empty()) {
1838         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
1839         Worklist.pop_back();
1840
1841         if (Pair.second >= 4) continue;
1842         UsedValues.erase(Pair.first);
1843         if (UsedValues.empty()) break;
1844
1845         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
1846           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
1847                OI != OE; ++OI)
1848             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
1849         }
1850       }
1851
1852       if (!UsedValues.empty()) return false;
1853     }
1854
1855     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
1856     IRBuilder<> Builder(PBI);
1857
1858     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
1859     if (InvertPredCond) {
1860       Value *NewCond = PBI->getCondition();
1861
1862       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
1863         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
1864         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
1865       } else {
1866         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
1867                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
1868       }
1869
1870       PBI->setCondition(NewCond);
1871       PBI->swapSuccessors();
1872     }
1873
1874     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
1875     Instruction *NewBonus = 0;
1876     if (BonusInst) {
1877       NewBonus = BonusInst->clone();
1878       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
1879       NewBonus->takeName(BonusInst);
1880       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
1881     }
1882
1883     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
1884     // two conditions together.
1885     Instruction *New = Cond->clone();
1886     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
1887     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
1888     New->takeName(Cond);
1889     Cond->setName(New->getName()+".old");
1890
1891     if (BI->isConditional()) {
1892       Instruction *NewCond =
1893         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
1894                                             New, "or.cond"));
1895       PBI->setCondition(NewCond);
1896
1897       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
1898         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
1899         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
1900       }
1901       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
1902         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
1903         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
1904       }
1905     } else {
1906       // Update PHI nodes in the common successors.
1907       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
1908         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
1909           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
1910         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
1911         Instruction *MergedCond = 0;
1912         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
1913           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
1914           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
1915           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
1916           Instruction *NotCond =
1917             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
1918                                 "not.cond"));
1919           MergedCond =
1920             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
1921                                 NotCond, New,
1922                                 "and.cond"));
1923           if (PBI_C->isOne())
1924             MergedCond =
1925               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
1926                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
1927                                   "or.cond"));
1928         } else {
1929           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
1930           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
1931           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
1932           MergedCond =
1933             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
1934                                 PBI->getCondition(), New,
1935                                 "and.cond"));
1936           if (PBI_C->isOne()) {
1937             Instruction *NotCond =
1938               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
1939                                   "not.cond"));
1940             MergedCond =
1941               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
1942                                   NotCond, MergedCond,
1943                                   "or.cond"));
1944           }
1945         }
1946         // Update PHI Node.
1947         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
1948                                   MergedCond);
1949       }
1950       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
1951       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
1952       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
1953       PBI = New_PBI;
1954     }
1955
1956     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
1957     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
1958
1959     // Merge probability data into PredBlock's branch.
1960     APInt A, B, C, D;
1961     if (PBI->isConditional() && BI->isConditional() &&
1962         ExtractBranchMetadata(PBI, C, D) && ExtractBranchMetadata(BI, A, B)) {
1963       // Given IR which does:
1964       //   bbA:
1965       //     br i1 %x, label %bbB, label %bbC
1966       //   bbB:
1967       //     br i1 %y, label %bbD, label %bbC
1968       // Let's call the probability that we take the edge from %bbA to %bbB
1969       // 'a', from %bbA to %bbC, 'b', from %bbB to %bbD 'c' and from %bbB to
1970       // %bbC probability 'd'.
1971       //
1972       // We transform the IR into:
1973       //   bbA:
1974       //     br i1 %z, label %bbD, label %bbC
1975       // where the probability of going to %bbD is (a*c) and going to bbC is
1976       // (b+a*d).
1977       //
1978       // Probabilities aren't stored as ratios directly. Using branch weights,
1979       // we get:
1980       // (a*c)% = A*C, (b+(a*d))% = A*D+B*C+B*D.
1981
1982       // In the event of overflow, we want to drop the LSB of the input
1983       // probabilities.
1984       unsigned BitsLost;
1985
1986       // Ignore overflow result on ProbTrue.
1987       APInt ProbTrue = MultiplyAndLosePrecision(A, C, B, D, BitsLost);
1988
1989       APInt Tmp1 = MultiplyAndLosePrecision(B, D, A, C, BitsLost);
1990       if (BitsLost) {
1991         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
1992       }
1993
1994       APInt Tmp2 = MultiplyAndLosePrecision(A, D, C, B, BitsLost);
1995       if (BitsLost) {
1996         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
1997         Tmp1 = Tmp1.lshr(BitsLost*2);
1998       }
1999
2000       APInt Tmp3 = MultiplyAndLosePrecision(B, C, A, D, BitsLost);
2001       if (BitsLost) {
2002         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
2003         Tmp1 = Tmp1.lshr(BitsLost*2);
2004         Tmp2 = Tmp2.lshr(BitsLost*2);
2005       }
2006
2007       bool Overflow1 = false, Overflow2 = false;
2008       APInt Tmp4 = Tmp2.uadd_ov(Tmp3, Overflow1);
2009       APInt ProbFalse = Tmp4.uadd_ov(Tmp1, Overflow2);
2010
2011       if (Overflow1 || Overflow2) {
2012         ProbTrue = ProbTrue.lshr(1);
2013         Tmp1 = Tmp1.lshr(1);
2014         Tmp2 = Tmp2.lshr(1);
2015         Tmp3 = Tmp3.lshr(1);
2016         Tmp4 = Tmp2 + Tmp3;
2017         ProbFalse = Tmp4 + Tmp1;
2018       }
2019
2020       // The sum of branch weights must fit in 32-bits.
2021       if (ProbTrue.isNegative() && ProbFalse.isNegative()) {
2022         ProbTrue = ProbTrue.lshr(1);
2023         ProbFalse = ProbFalse.lshr(1);
2024       }
2025
2026       if (ProbTrue != ProbFalse) {
2027         // Normalize the result.
2028         APInt GCD = APIntOps::GreatestCommonDivisor(ProbTrue, ProbFalse);
2029         ProbTrue = ProbTrue.udiv(GCD);
2030         ProbFalse = ProbFalse.udiv(GCD);
2031
2032         MDBuilder MDB(BI->getContext());
2033         MDNode *N = MDB.createBranchWeights(ProbTrue.getZExtValue(),
2034                                             ProbFalse.getZExtValue());
2035         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, N);
2036       } else {
2037         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2038       }
2039     } else {
2040       PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2041     }
2042
2043     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2044     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2045       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2046         I->clone()->insertBefore(PBI);
2047
2048     return true;
2049   }
2050   return false;
2051 }
2052
2053 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2054 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2055 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2056 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2057 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2058   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2059   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2060
2061   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2062   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2063   // this conditional branch redundant.
2064   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2065       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2066     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2067     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2068     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2069       // Turn this into a branch on constant.
2070       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2071       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2072                                         CondIsTrue));
2073       return true;  // Nuke the branch on constant.
2074     }
2075
2076     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2077     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2078     // simplifycfg will thread the block.
2079     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2080       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2081       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2082                                        std::distance(PB, PE),
2083                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2084                                        BB->begin());
2085       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2086       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2087       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2088       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2089         BasicBlock *P = *PI;
2090         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2091             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2092             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2093             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2094           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2095           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2096                                               CondIsTrue), P);
2097         } else {
2098           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2099         }
2100       }
2101
2102       BI->setCondition(NewPN);
2103       return true;
2104     }
2105   }
2106
2107   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2108   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2109   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2110   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2111   // Ignore dbg intrinsics.
2112   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2113     ++BBI;
2114   if (&*BBI != BI)
2115     return false;
2116
2117
2118   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2119     if (CE->canTrap())
2120       return false;
2121
2122   int PBIOp, BIOp;
2123   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2124     PBIOp = BIOp = 0;
2125   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2126     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2127   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2128     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2129   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2130     PBIOp = BIOp = 1;
2131   else
2132     return false;
2133
2134   // Check to make sure that the other destination of this branch
2135   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2136   // keep getting unwound.
2137   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2138     return false;
2139
2140   // Do not perform this transformation if it would require
2141   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2142   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2143   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2144
2145   unsigned NumPhis = 0;
2146   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2147        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2148     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2149       return false;
2150
2151   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2152   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2153
2154   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2155                << "AND: " << *BI->getParent());
2156
2157
2158   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2159   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2160   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2161   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2162   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2163   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2164   // infinite loop with no cond branch.
2165   if (OtherDest == BB) {
2166     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2167     // or it won't matter if it's hot. :)
2168     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2169                                                   "infloop", BB->getParent());
2170     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2171     OtherDest = InfLoopBlock;
2172   }
2173
2174   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2175
2176   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2177   // it alone, but modify PBI.
2178
2179   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2180   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2181   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2182   if (PBIOp)
2183     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2184
2185   Value *BICond = BI->getCondition();
2186   if (BIOp)
2187     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2188
2189   // Merge the conditions.
2190   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2191
2192   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2193   PBI->setCondition(Cond);
2194   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2195   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2196
2197   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2198   // block that are identical to the entries for BI's block.
2199   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2200
2201   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2202   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2203   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2204   // them agree.
2205   PHINode *PN;
2206   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2207        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2208     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2209     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2210     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2211     if (BIV != PBIV) {
2212       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2213       Value *NV = cast<SelectInst>
2214         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2215       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2216     }
2217   }
2218
2219   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2220   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2221
2222   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2223   // one fewer predecessor.
2224   return true;
2225 }
2226
2227 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2228 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2229 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2230 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2231 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2232 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2233                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB){
2234   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2235   // First, figure out which successors to preserve.
2236   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2237   // successor.
2238   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2239   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2240
2241   // Then remove the rest.
2242   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2243     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2244     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2245     if (Succ == KeepEdge1)
2246       KeepEdge1 = 0;
2247     else if (Succ == KeepEdge2)
2248       KeepEdge2 = 0;
2249     else
2250       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2251   }
2252
2253   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2254   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2255
2256   // Insert an appropriate new terminator.
2257   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2258     if (TrueBB == FalseBB)
2259       // We were only looking for one successor, and it was present.
2260       // Create an unconditional branch to it.
2261       Builder.CreateBr(TrueBB);
2262     else
2263       // We found both of the successors we were looking for.
2264       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2265       Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2266   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2267     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2268     // terminator must be unreachable.
2269     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2270   } else {
2271     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2272     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2273     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2274     if (KeepEdge1 == 0)
2275       // Only TrueBB was found.
2276       Builder.CreateBr(TrueBB);
2277     else
2278       // Only FalseBB was found.
2279       Builder.CreateBr(FalseBB);
2280   }
2281
2282   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2283   return true;
2284 }
2285
2286 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2287 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2288 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2289 // unconditional otherwise.
2290 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2291   // Check for constant integer values in the select.
2292   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2293   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2294   if (!TrueVal || !FalseVal)
2295     return false;
2296
2297   // Find the relevant condition and destinations.
2298   Value *Condition = Select->getCondition();
2299   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2300   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2301
2302   // Perform the actual simplification.
2303   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB);
2304 }
2305
2306 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2307 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2308 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2309 // with
2310 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2311 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2312   // Check that both operands of the select are block addresses.
2313   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2314   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2315   if (!TBA || !FBA)
2316     return false;
2317
2318   // Extract the actual blocks.
2319   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2320   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2321
2322   // Perform the actual simplification.
2323   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB);
2324 }
2325
2326 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2327 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2328 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2329 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2330 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2331 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2332 /// like:
2333 ///
2334 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2335 /// DEFAULT:
2336 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2337 ///   br label %end
2338 /// end:
2339 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2340 ///
2341 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2342 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2343 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICmpInst *ICI,
2344                                                   const TargetData *TD,
2345                                                   IRBuilder<> &Builder) {
2346   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2347
2348   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2349   // complex.
2350   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2351
2352   Value *V = ICI->getOperand(0);
2353   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2354
2355   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2356   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2357   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2358   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2359   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2360
2361   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2362   if (SI->getCondition() != V)
2363     return false;
2364
2365   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2366   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2367   // away.
2368   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2369     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2370     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2371     ICI->setOperand(0, VVal);
2372
2373     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2374       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2375       ICI->eraseFromParent();
2376     }
2377     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2378     return SimplifyCFG(BB) | true;
2379   }
2380
2381   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2382   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2383   // and zap it.
2384   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2385     Value *V;
2386     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2387       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2388     else
2389       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2390
2391     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2392     ICI->eraseFromParent();
2393     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2394     return SimplifyCFG(BB) | true;
2395   }
2396
2397   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2398   // the block.
2399   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2400   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2401   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2402       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2403     return false;
2404
2405   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2406   // true in the PHI.
2407   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2408   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2409
2410   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2411     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2412
2413   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2414   // false depending on if it is EQ or NE.
2415   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2416   ICI->eraseFromParent();
2417
2418   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2419   // the switch to the merge point on the compared value.
2420   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2421                                          BB->getParent(), BB);
2422   SI->addCase(Cst, NewBB);
2423
2424   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2425   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2426   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2427   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2428   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2429   return true;
2430 }
2431
2432 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2433 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2434 /// fold it into a switch instruction if so.
2435 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const TargetData *TD,
2436                                       IRBuilder<> &Builder) {
2437   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2438   if (Cond == 0) return false;
2439
2440
2441   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2442   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2443   // 'setne's and'ed together, collect them.
2444   Value *CompVal = 0;
2445   std::vector<ConstantInt*> Values;
2446   bool TrueWhenEqual = true;
2447   Value *ExtraCase = 0;
2448   unsigned UsedICmps = 0;
2449
2450   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2451     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2452                                      UsedICmps);
2453   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2454     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2455                                      UsedICmps);
2456     TrueWhenEqual = false;
2457   }
2458
2459   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2460   if (CompVal == 0) return false;
2461
2462   // Avoid turning single icmps into a switch.
2463   if (UsedICmps <= 1)
2464     return false;
2465
2466   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2467   // instruction can't handle, remove them now.
2468   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2469   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2470
2471   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2472   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2473   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2474
2475   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2476   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2477
2478   // Figure out which block is which destination.
2479   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2480   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2481   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2482
2483   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2484
2485   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2486                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2487
2488   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2489   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2490   // right before the condbr to handle it.
2491   if (ExtraCase) {
2492     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2493     // Remove the uncond branch added to the old block.
2494     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2495     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2496
2497     if (TrueWhenEqual)
2498       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2499     else
2500       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2501
2502     OldTI->eraseFromParent();
2503
2504     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2505     // for the edge we just added.
2506     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2507
2508     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2509           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2510     BB = NewBB;
2511   }
2512
2513   Builder.SetInsertPoint(BI);
2514   // Convert pointer to int before we switch.
2515   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2516     assert(TD && "Cannot switch on pointer without TargetData");
2517     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2518                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2519                                      "magicptr");
2520   }
2521
2522   // Create the new switch instruction now.
2523   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2524
2525   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2526   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2527     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2528
2529   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2530   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2531   // the number of edges added.
2532   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2533        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2534     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2535     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2536     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2537       PN->addIncoming(InVal, BB);
2538   }
2539
2540   // Erase the old branch instruction.
2541   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2542
2543   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2544   return true;
2545 }
2546
2547 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2548   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2549   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2550   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2551   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2552   if (RI->getValue() != LPInst)
2553     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2554     // caused control to branch here.
2555     return false;
2556
2557   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2558   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2559   while (++I != E)
2560     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2561       return false;
2562
2563   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2564   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2565     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2566     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2567     // Insert a call instruction before the invoke.
2568     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2569     Call->takeName(II);
2570     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2571     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2572     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2573
2574     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2575     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2576     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2577     // updated.
2578     II->replaceAllUsesWith(Call);
2579     BB->removePredecessor(II->getParent());
2580
2581     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2582     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2583
2584     // Finally, delete the invoke instruction!
2585     II->eraseFromParent();
2586   }
2587
2588   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2589   BB->eraseFromParent();
2590   return true;
2591 }
2592
2593 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2594   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2595   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2596
2597   // Find predecessors that end with branches.
2598   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2599   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2600   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2601     BasicBlock *P = *PI;
2602     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2603     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2604       if (BI->isUnconditional())
2605         UncondBranchPreds.push_back(P);
2606       else
2607         CondBranchPreds.push_back(BI);
2608     }
2609   }
2610
2611   // If we found some, do the transformation!
2612   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2613     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2614       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2615       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2616             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2617       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2618     }
2619
2620     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2621     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2622       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2623       BB->eraseFromParent();
2624
2625     return true;
2626   }
2627
2628   // Check out all of the conditional branches going to this return
2629   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2630   // branch itself into a select/return pair.
2631   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2632     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2633
2634     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2635     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2636         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2637         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2638       return true;
2639   }
2640   return false;
2641 }
2642
2643 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2644   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2645
2646   bool Changed = false;
2647
2648   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2649   // be removed, do so.
2650   while (UI != BB->begin()) {
2651     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2652     --BBI;
2653     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2654     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2655     // operations may have this effect.
2656     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2657
2658     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2659       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2660         if (SI->isVolatile())
2661           break;
2662       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2663         if (LI->isVolatile())
2664           break;
2665       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2666         if (RMWI->isVolatile())
2667           break;
2668       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2669         if (CXI->isVolatile())
2670           break;
2671       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2672                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2673         break;
2674       }
2675       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2676       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2677       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2678       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2679     }
2680
2681     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2682     if (!BBI->use_empty())
2683       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2684     BBI->eraseFromParent();
2685     Changed = true;
2686   }
2687
2688   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
2689   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
2690   if (&BB->front() != UI) return Changed;
2691
2692   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2693   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
2694     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
2695     IRBuilder<> Builder(TI);
2696     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2697       if (BI->isUnconditional()) {
2698         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2699           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
2700           TI->eraseFromParent();
2701           Changed = true;
2702         }
2703       } else {
2704         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2705           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
2706           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2707         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
2708           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
2709           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2710           Changed = true;
2711         }
2712       }
2713     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2714       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2715            i != e; ++i)
2716         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
2717           BB->removePredecessor(SI->getParent());
2718           SI->removeCase(i);
2719           --i; --e;
2720           Changed = true;
2721         }
2722       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
2723       // destination and make it the default.
2724       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
2725         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
2726         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2727              i != e; ++i) {
2728           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
2729               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
2730           if (entry.first == 0) {
2731             entry.first = 1;
2732             entry.second = i.getCaseIndex();
2733           } else {
2734             entry.first++;
2735           }
2736         }
2737
2738         // Find the most popular block.
2739         unsigned MaxPop = 0;
2740         unsigned MaxIndex = 0;
2741         BasicBlock *MaxBlock = 0;
2742         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
2743              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
2744           if (I->second.first > MaxPop ||
2745               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
2746             MaxPop = I->second.first;
2747             MaxIndex = I->second.second;
2748             MaxBlock = I->first;
2749           }
2750         }
2751         if (MaxBlock) {
2752           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
2753           // edges to it.
2754           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
2755           Changed = true;
2756
2757           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
2758           // it.
2759           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
2760             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
2761               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
2762
2763           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2764                i != e; ++i)
2765             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
2766               SI->removeCase(i);
2767               --i; --e;
2768             }
2769         }
2770       }
2771     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
2772       if (II->getUnwindDest() == BB) {
2773         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
2774         // place to note that the call does not throw though.
2775         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
2776         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
2777
2778         // Insert the call now...
2779         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
2780         Builder.SetInsertPoint(BI);
2781         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
2782                                           Args, II->getName());
2783         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
2784         CI->setAttributes(II->getAttributes());
2785         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
2786         II->replaceAllUsesWith(CI);
2787         delete II;
2788         Changed = true;
2789       }
2790     }
2791   }
2792
2793   // If this block is now dead, remove it.
2794   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
2795       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
2796     // We know there are no successors, so just nuke the block.
2797     BB->eraseFromParent();
2798     return true;
2799   }
2800
2801   return Changed;
2802 }
2803
2804 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
2805 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
2806 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
2807   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
2808
2809   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
2810   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
2811   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
2812   Cases.push_back(I.getCaseValue());
2813   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
2814   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
2815     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
2816       return false;
2817     Cases.push_back(I.getCaseValue());
2818   }
2819   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
2820
2821   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
2822   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
2823   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
2824     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
2825       return false;
2826   }
2827
2828   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
2829   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
2830
2831   Value *Sub = SI->getCondition();
2832   if (!Offset->isNullValue())
2833     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
2834   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
2835   Builder.CreateCondBr(
2836       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
2837
2838   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
2839   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
2840        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2841     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
2842       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
2843   }
2844   SI->eraseFromParent();
2845
2846   return true;
2847 }
2848
2849 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
2850 /// and use it to remove dead cases.
2851 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
2852   Value *Cond = SI->getCondition();
2853   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
2854   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
2855   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
2856
2857   // Gather dead cases.
2858   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
2859   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
2860     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
2861         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
2862       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
2863       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
2864                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
2865     }
2866   }
2867
2868   // Remove dead cases from the switch.
2869   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
2870     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
2871     assert(Case != SI->case_default() &&
2872            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
2873     // Prune unused values from PHI nodes.
2874     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
2875     SI->removeCase(Case);
2876   }
2877
2878   return !DeadCases.empty();
2879 }
2880
2881 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
2882 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
2883 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
2884 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
2885 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
2886 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
2887                                               BasicBlock *BB,
2888                                               int *PhiIndex) {
2889   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
2890     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
2891   if (!BB->getSinglePredecessor())
2892     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
2893
2894   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
2895   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
2896     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
2897
2898   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
2899
2900   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
2901   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2902     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
2903     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
2904
2905     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
2906     if (InValue != CaseValue) continue;
2907
2908     *PhiIndex = Idx;
2909     return PHI;
2910   }
2911
2912   return NULL;
2913 }
2914
2915 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
2916 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
2917 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
2918 /// Returns true if a change is made.
2919 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
2920   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
2921   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
2922
2923   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
2924     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
2925     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
2926
2927     int PhiIndex;
2928     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
2929                                                  &PhiIndex);
2930     if (!PHI) continue;
2931
2932     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
2933   }
2934
2935   bool Changed = false;
2936
2937   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
2938        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
2939     PHINode *Phi = I->first;
2940     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
2941
2942     if (Indexes.size() < 2) continue;
2943
2944     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
2945       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
2946     Changed = true;
2947   }
2948
2949   return Changed;
2950 }
2951
2952 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
2953 /// initializing an array of constants like C.
2954 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
2955   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2956     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
2957
2958   return isa<ConstantFP>(C) ||
2959       isa<ConstantInt>(C) ||
2960       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
2961       isa<GlobalValue>(C) ||
2962       isa<UndefValue>(C);
2963 }
2964
2965 /// GetCaseResulsts - Try to determine the resulting constant values in phi
2966 /// nodes at the common destination basic block for one of the case
2967 /// destinations of a switch instruction.
2968 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
2969                            BasicBlock *CaseDest,
2970                            BasicBlock **CommonDest,
2971                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
2972   // The block from which we enter the common destination.
2973   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
2974
2975   // If CaseDest is empty, continue to its successor.
2976   if (CaseDest->getFirstNonPHIOrDbg() == CaseDest->getTerminator() &&
2977       !isa<PHINode>(CaseDest->begin())) {
2978
2979     TerminatorInst *Terminator = CaseDest->getTerminator();
2980     if (Terminator->getNumSuccessors() != 1)
2981       return false;
2982
2983     Pred = CaseDest;
2984     CaseDest = Terminator->getSuccessor(0);
2985   }
2986
2987   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
2988   if (!*CommonDest)
2989     *CommonDest = CaseDest;
2990   // If the destination isn't the common one, abort.
2991   if (CaseDest != *CommonDest)
2992     return false;
2993
2994   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
2995   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
2996   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2997     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
2998     if (Idx == -1)
2999       continue;
3000
3001     Constant *ConstVal = dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(Idx));
3002     if (!ConstVal)
3003       return false;
3004
3005     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3006     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3007       return false;
3008
3009     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3010   }
3011
3012   return true;
3013 }
3014
3015 /// BuildLookupTable - Build a lookup table with the contents of Results, using
3016 /// DefaultResult to fill the holes in the table. If the table ends up
3017 /// containing the same result in each element, set *SingleResult to that value
3018 /// and return NULL.
3019 static GlobalVariable *BuildLookupTable(Module &M,
3020                                         uint64_t TableSize,
3021                                         ConstantInt *Offset,
3022               const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Results,
3023                                         Constant *DefaultResult,
3024                                         Constant **SingleResult) {
3025   assert(Results.size() && "Need values to build lookup table");
3026   assert(TableSize >= Results.size() && "Table needs to hold all values");
3027
3028   // If all values in the table are equal, this is that value.
3029   Constant *SameResult = Results.begin()->second;
3030
3031   // Build up the table contents.
3032   std::vector<Constant*> TableContents(TableSize);
3033   for (size_t I = 0, E = Results.size(); I != E; ++I) {
3034     ConstantInt *CaseVal = Results[I].first;
3035     Constant *CaseRes = Results[I].second;
3036
3037     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue()).getLimitedValue();
3038     TableContents[Idx] = CaseRes;
3039
3040     if (CaseRes != SameResult)
3041       SameResult = NULL;
3042   }
3043
3044   // Fill in any holes in the table with the default result.
3045   if (Results.size() < TableSize) {
3046     for (unsigned i = 0; i < TableSize; ++i) {
3047       if (!TableContents[i])
3048         TableContents[i] = DefaultResult;
3049     }
3050
3051     if (DefaultResult != SameResult)
3052       SameResult = NULL;
3053   }
3054
3055   // Same result was used in the entire table; just return that.
3056   if (SameResult) {
3057     *SingleResult = SameResult;
3058     return NULL;
3059   }
3060
3061   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultResult->getType(), TableSize);
3062   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3063
3064   GlobalVariable *GV = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3065                                           GlobalVariable::PrivateLinkage,
3066                                           Initializer,
3067                                           "switch.table");
3068   GV->setUnnamedAddr(true);
3069   return GV;
3070 }
3071
3072 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3073 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3074 /// replace the switch with lookup tables.
3075 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3076                                 IRBuilder<> &Builder) {
3077   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3078   // FIXME: Handle unreachable cases.
3079
3080   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3081   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3082
3083   // FIXME: If the results are all integers and the lookup table would fit in a
3084   // target-legal register, we should store them as a bitmap and use shift/mask
3085   // to look up the result.
3086
3087   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3088   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3089   // string and lookup indices into that.
3090
3091   // Ignore the switch if the number of cases are too small.
3092   // This is similar to the check when building jump tables in
3093   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3094   // FIXME: Determine the best cut-off.
3095   if (SI->getNumCases() < 4)
3096     return false;
3097
3098   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3099   // common destination, as well as the the min and max case values.
3100   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3101   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3102   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3103   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3104
3105   BasicBlock *CommonDest = NULL;
3106   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3107   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3108   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3109   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3110   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3111
3112   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3113     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3114     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3115       MinCaseVal = CaseVal;
3116     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3117       MaxCaseVal = CaseVal;
3118
3119     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3120     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3121     ResultsTy Results;
3122     if (!GetCaseResults(SI, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results))
3123       return false;
3124
3125     // Append the result from this case to the list for each phi.
3126     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3127       if (!ResultLists.count(I->first))
3128         PHIs.push_back(I->first);
3129       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3130     }
3131   }
3132
3133   // Get the resulting values for the default case.
3134   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3135   if (!GetCaseResults(SI, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResultsList))
3136     return false;
3137   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3138     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3139     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3140     DefaultResults[PHI] = Result;
3141     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3142   }
3143
3144   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3145   // The table density should be at lest 40%. This is the same criterion as for
3146   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3147   // FIXME: Find the best cut-off.
3148   // Be careful to avoid overlow in the density computation.
3149   if (RangeSpread.zextOrSelf(64).ugt(UINT64_MAX / 4 - 1))
3150     return false;
3151   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3152   if (SI->getNumCases() * 10 < TableSize * 4)
3153     return false;
3154
3155   // Build the lookup tables.
3156   SmallDenseMap<PHINode*, GlobalVariable*> LookupTables;
3157   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> SingleResults;
3158
3159   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3160   for (SmallVector<PHINode*, 4>::iterator I = PHIs.begin(), E = PHIs.end();
3161        I != E; ++I) {
3162     PHINode *PHI = *I;
3163
3164     Constant *SingleResult = NULL;
3165     LookupTables[PHI] = BuildLookupTable(Mod, TableSize, MinCaseVal,
3166                                          ResultLists[PHI], DefaultResults[PHI],
3167                                          &SingleResult);
3168     SingleResults[PHI] = SingleResult;
3169   }
3170
3171   // Create the BB that does the lookups.
3172   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3173                                             "switch.lookup",
3174                                             CommonDest->getParent(),
3175                                             CommonDest);
3176
3177   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3178   // the new BB.
3179   Builder.SetInsertPoint(SI);
3180   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3181                                         "switch.tableidx");
3182   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3183       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3184   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3185
3186   // Populate the BB that does the lookups.
3187   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3188   bool ReturnedEarly = false;
3189   for (SmallVector<PHINode*, 4>::iterator I = PHIs.begin(), E = PHIs.end();
3190        I != E; ++I) {
3191     PHINode *PHI = *I;
3192     // There was a single result for this phi; just use that.
3193     if (Constant *SingleResult = SingleResults[PHI]) {
3194       PHI->addIncoming(SingleResult, LookupBB);
3195       continue;
3196     }
3197
3198     Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), TableIndex };
3199     Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(LookupTables[PHI], GEPIndices,
3200                                            "switch.gep");
3201     Value *Result = Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3202
3203     // If the result is only going to be used to return from the function,
3204     // we want to do that right here.
3205     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin())) {
3206       if (CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg() == CommonDest->getTerminator()) {
3207         Builder.CreateRet(Result);
3208         ReturnedEarly = true;
3209       }
3210     }
3211
3212     if (!ReturnedEarly)
3213       PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3214   }
3215
3216   if (!ReturnedEarly)
3217     Builder.CreateBr(CommonDest);
3218
3219   // Remove the switch.
3220   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3221     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3222     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3223     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3224   }
3225   SI->eraseFromParent();
3226
3227   ++NumLookupTables;
3228   return true;
3229 }
3230
3231 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3232   // If this switch is too complex to want to look at, ignore it.
3233   if (!isValueEqualityComparison(SI))
3234     return false;
3235
3236   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3237
3238   // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3239   // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3240   if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3241     if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3242       return SimplifyCFG(BB) | true;
3243
3244   Value *Cond = SI->getCondition();
3245   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3246     if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3247       return SimplifyCFG(BB) | true;
3248
3249   // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3250   // away into any preds.
3251   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3252   // Ignore dbg intrinsics.
3253   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3254     ++BBI;
3255   if (SI == &*BBI)
3256     if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3257       return SimplifyCFG(BB) | true;
3258
3259   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3260   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3261     return SimplifyCFG(BB) | true;
3262
3263   // Remove unreachable cases.
3264   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3265     return SimplifyCFG(BB) | true;
3266
3267   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3268     return SimplifyCFG(BB) | true;
3269
3270   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder))
3271     return SimplifyCFG(BB) | true;
3272
3273   return false;
3274 }
3275
3276 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3277   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3278   bool Changed = false;
3279
3280   // Eliminate redundant destinations.
3281   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3282   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3283     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3284     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3285       Dest->removePredecessor(BB);
3286       IBI->removeDestination(i);
3287       --i; --e;
3288       Changed = true;
3289     }
3290   }
3291
3292   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3293     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3294     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3295     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3296     return true;
3297   }
3298
3299   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3300     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3301     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3302     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3303     return true;
3304   }
3305
3306   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3307     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3308       return SimplifyCFG(BB) | true;
3309   }
3310   return Changed;
3311 }
3312
3313 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3314   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3315
3316   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3317   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3318   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3319       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3320     return true;
3321
3322   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3323   // against a constant, try to simplify the block.
3324   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3325     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3326       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3327         ;
3328       if (I->isTerminator() &&
3329           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, TD, Builder))
3330         return true;
3331     }
3332
3333   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3334   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3335   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3336   // for PHI nodes in common successor.
3337   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3338     return SimplifyCFG(BB) | true;
3339   return false;
3340 }
3341
3342
3343 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3344   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3345
3346   // Conditional branch
3347   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3348     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3349     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3350     // switch.
3351     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3352       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3353         return SimplifyCFG(BB) | true;
3354
3355     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3356     // Ignore dbg intrinsics.
3357     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3358     // Ignore dbg intrinsics.
3359     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3360       ++I;
3361     if (&*I == BI) {
3362       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3363         return SimplifyCFG(BB) | true;
3364     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3365       ++I;
3366       // Ignore dbg intrinsics.
3367       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3368         ++I;
3369       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3370         return SimplifyCFG(BB) | true;
3371     }
3372   }
3373
3374   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3375   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3376     return true;
3377
3378   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3379   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3380   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3381   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3382     return SimplifyCFG(BB) | true;
3383
3384   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3385   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3386   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3387   // can hoist it up to the branching block.
3388   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3389     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3390       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3391         return SimplifyCFG(BB) | true;
3392     } else {
3393       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3394       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3395       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3396       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3397           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3398         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
3399           return SimplifyCFG(BB) | true;
3400     }
3401   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3402     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
3403     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
3404     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
3405     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3406         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
3407       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
3408         return SimplifyCFG(BB) | true;
3409   }
3410
3411   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
3412   // through this block if any PHI node entries are constants.
3413   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
3414     if (PN->getParent() == BI->getParent())
3415       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
3416         return SimplifyCFG(BB) | true;
3417
3418   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
3419   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
3420     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
3421       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
3422         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
3423           return SimplifyCFG(BB) | true;
3424
3425   return false;
3426 }
3427
3428 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
3429 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
3430   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
3431   if (!C)
3432     return false;
3433
3434   if (!I->hasOneUse()) // Only look at single-use instructions, for compile time
3435     return false;
3436
3437   if (C->isNullValue()) {
3438     Instruction *Use = I->use_back();
3439
3440     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
3441     // control flow (eg. calls)
3442     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
3443       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
3444         return false;
3445
3446     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
3447     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
3448       if (GEP->getPointerOperand() == I)
3449         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
3450
3451     // Look through bitcasts.
3452     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
3453       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
3454
3455     // Load from null is undefined.
3456     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
3457       return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
3458
3459     // Store to null is undefined.
3460     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
3461       return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
3462   }
3463   return false;
3464 }
3465
3466 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
3467 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
3468 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
3469   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
3470        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
3471     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3472       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
3473         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
3474         IRBuilder<> Builder(T);
3475         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
3476           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
3477           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
3478           // destination from conditional branches.
3479           if (BI->isUnconditional())
3480             Builder.CreateUnreachable();
3481           else
3482             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
3483                                                          BI->getSuccessor(0));
3484           BI->eraseFromParent();
3485           return true;
3486         }
3487         // TODO: SwitchInst.
3488       }
3489
3490   return false;
3491 }
3492
3493 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
3494   bool Changed = false;
3495
3496   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
3497   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
3498
3499   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
3500   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
3501   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3502        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
3503       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
3504     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
3505     DeleteDeadBlock(BB);
3506     return true;
3507   }
3508
3509   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
3510   // away...
3511   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
3512
3513   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
3514   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
3515
3516   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
3517   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
3518
3519   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
3520   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
3521   // if there are no PHI nodes.
3522   //
3523   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
3524     return true;
3525
3526   IRBuilder<> Builder(BB);
3527
3528   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
3529   // eliminate it, do so now.
3530   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
3531     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
3532       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
3533
3534   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
3535   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
3536     if (BI->isUnconditional()) {
3537       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
3538     } else {
3539       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
3540     }
3541   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
3542     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
3543   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
3544     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
3545   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
3546     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
3547   } else if (UnreachableInst *UI =
3548                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
3549     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
3550   } else if (IndirectBrInst *IBI =
3551                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
3552     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
3553   }
3554
3555   return Changed;
3556 }
3557
3558 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
3559 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
3560 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
3561 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
3562 ///
3563 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetData *TD) {
3564   return SimplifyCFGOpt(TD).run(BB);
3565 }