rename getNonLocalDependency -> getNonLocalCallDependency, and remove
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / GVN.cpp
index 26dec0fa9a03291bdf686d7c386541c5597bf856..79a0fc24e3069e6331a7df80b64273b86617b6fb 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-//===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ------------===//
+//===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
 #include "llvm/Support/Compiler.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
+#include <cstdio>
 using namespace llvm;
 
 STATISTIC(NumGVNInstr, "Number of instructions deleted");
 STATISTIC(NumGVNLoad, "Number of loads deleted");
 STATISTIC(NumGVNPRE, "Number of instructions PRE'd");
+STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
+STATISTIC(NumPRELoad, "Number of loads PRE'd");
 
 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
                                cl::init(true), cl::Hidden);
+cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre"/*, cl::init(true)*/);
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //                         ValueTable Class
@@ -164,8 +168,10 @@ namespace {
       void erase(Value* v);
       unsigned size();
       void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
+      AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
       void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
       void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
+      uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
   };
 }
 
@@ -453,66 +459,66 @@ uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value* V) {
         return nextValueNumber++;
       }
       
-      Instruction* local_dep = MD->getDependency(C);
+      MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
       
-      if (local_dep == MemoryDependenceAnalysis::None) {
+      if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
         return nextValueNumber++;
-      } else if (local_dep != MemoryDependenceAnalysis::NonLocal) {
-        if (!isa<CallInst>(local_dep)) {
-          valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
-          return nextValueNumber++;
-        }
-        
-        CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep);
+      }
+
+      if (local_dep.isDef()) {
+        CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
         
-        if (local_cdep->getCalledFunction() != C->getCalledFunction() ||
-            local_cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
+        if (local_cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
           valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
           return nextValueNumber++;
-        } else if (!C->getCalledFunction()) { 
-          valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
-          return nextValueNumber++;
-        } else {
-          for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
-            uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
-            uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getOperand(i));
-            if (c_vn != cd_vn) {
-              valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
-              return nextValueNumber++;
-            }
+        }
+          
+        for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
+          uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
+          uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getOperand(i));
+          if (c_vn != cd_vn) {
+            valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
+            return nextValueNumber++;
           }
-        
-          uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
-          valueNumbering.insert(std::make_pair(V, v));
-          return v;
         }
-      }
       
-      
-      DenseMap<BasicBlock*, Value*> deps;
-      MD->getNonLocalDependency(C, deps);
+        uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
+        valueNumbering.insert(std::make_pair(V, v));
+        return v;
+      }
+
+      // Non-local case.
+      const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps = 
+        MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
+      // FIXME: call/call dependencies for readonly calls should return def, not
+      // clobber!  Move the checking logic to MemDep!
       CallInst* cdep = 0;
       
-      for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = deps.begin(),
-           E = deps.end(); I != E; ++I) {
-        if (I->second == MemoryDependenceAnalysis::None) {
-          valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
+      // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
+      // identical to C.
+      for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
+        const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
+        // Ignore non-local dependencies.
+        if (I->second.isNonLocal())
+          continue;
 
-          return nextValueNumber++;
-        } else if (I->second != MemoryDependenceAnalysis::NonLocal) {
-          if (DT->properlyDominates(I->first, C->getParent())) {
-            if (CallInst* CD = dyn_cast<CallInst>(I->second))
-              cdep = CD;
-            else {
-              valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
-              return nextValueNumber++;
-            }
-          } else {
-            valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
-            return nextValueNumber++;
-          }
+        // We don't handle non-depedencies.  If we already have a call, reject
+        // instruction dependencies.
+        if (I->second.isClobber() || cdep != 0) {
+          cdep = 0;
+          break;
+        }
+        
+        CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->second.getInst());
+        // FIXME: All duplicated with non-local case.
+        if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->first, C->getParent())){
+          cdep = NonLocalDepCall;
+          continue;
         }
+        
+        cdep = 0;
+        break;
       }
       
       if (!cdep) {
@@ -520,28 +526,23 @@ uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value* V) {
         return nextValueNumber++;
       }
       
-      if (cdep->getCalledFunction() != C->getCalledFunction() ||
-          cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
+      if (cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
         return nextValueNumber++;
-      } else if (!C->getCalledFunction()) { 
-        valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
-        return nextValueNumber++;
-      } else {
-        for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
-          uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
-          uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getOperand(i));
-          if (c_vn != cd_vn) {
-            valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
-            return nextValueNumber++;
-          }
+      }
+      for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
+        uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
+        uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getOperand(i));
+        if (c_vn != cd_vn) {
+          valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
+          return nextValueNumber++;
         }
-        
-        uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
-        valueNumbering.insert(std::make_pair(V, v));
-        return v;
       }
       
+      uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
+      valueNumbering.insert(std::make_pair(V, v));
+      return v;
+      
     } else {
       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
       return nextValueNumber++;
@@ -680,18 +681,6 @@ void ValueTable::erase(Value* V) {
 //                         GVN Pass
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-namespace llvm {
-  template<> struct DenseMapInfo<uint32_t> {
-    static inline uint32_t getEmptyKey() { return ~0; }
-    static inline uint32_t getTombstoneKey() { return ~0 - 1; }
-    static unsigned getHashValue(const uint32_t& Val) { return Val * 37; }
-    static bool isPod() { return true; }
-    static bool isEqual(const uint32_t& LHS, const uint32_t& RHS) {
-      return LHS == RHS;
-    }
-  };
-}
-
 namespace {
   struct VISIBILITY_HIDDEN ValueNumberScope {
     ValueNumberScope* parent;
@@ -707,9 +696,12 @@ namespace {
     bool runOnFunction(Function &F);
   public:
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
-    GVN() : FunctionPass((intptr_t)&ID) { }
+    GVN() : FunctionPass(&ID) { }
 
   private:
+    MemoryDependenceAnalysis *MD;
+    DominatorTree *DT;
+
     ValueTable VN;
     DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*> localAvail;
     
@@ -719,21 +711,19 @@ namespace {
     
     // This transformation requires dominator postdominator info
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
-      AU.setPreservesCFG();
       AU.addRequired<DominatorTree>();
       AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
+      
+      AU.addPreserved<DominatorTree>();
       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
-      AU.addPreserved<MemoryDependenceAnalysis>();
     }
   
     // Helper fuctions
     // FIXME: eliminate or document these better
     bool processLoad(LoadInst* L,
-                     DenseMap<Value*, LoadInst*> &lastLoad,
                      SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
     bool processInstruction(Instruction* I,
-                            DenseMap<Value*, LoadInst*>& lastSeenLoad,
                             SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
     bool processNonLocalLoad(LoadInst* L,
                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
@@ -747,6 +737,8 @@ namespace {
     bool isSafeReplacement(PHINode* p, Instruction* inst);
     bool performPRE(Function& F);
     Value* lookupNumber(BasicBlock* BB, uint32_t num);
+    bool mergeBlockIntoPredecessor(BasicBlock* BB);
+    void cleanupGlobalSets();
   };
   
   char GVN::ID = 0;
@@ -769,16 +761,14 @@ void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
 }
 
 Value* GVN::CollapsePhi(PHINode* p) {
-  DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
   Value* constVal = p->hasConstantValue();
-  
   if (!constVal) return 0;
   
   Instruction* inst = dyn_cast<Instruction>(constVal);
   if (!inst)
     return constVal;
     
-  if (DT.dominates(inst, p))
+  if (DT->dominates(inst, p))
     if (isSafeReplacement(p, inst))
       return inst;
   return 0;
@@ -807,21 +797,33 @@ Value *GVN::GetValueForBlock(BasicBlock *BB, LoadInst* orig,
   DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator V = Phis.find(BB);
   if (V != Phis.end() && !top_level) return V->second;
   
-  BasicBlock* singlePred = BB->getSinglePredecessor();
-  if (singlePred) {
-    Value *ret = GetValueForBlock(singlePred, orig, Phis);
+  // If the block is unreachable, just return undef, since this path
+  // can't actually occur at runtime.
+  if (!DT->isReachableFromEntry(BB))
+    return Phis[BB] = UndefValue::get(orig->getType());
+  
+  if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor()) {
+    Value *ret = GetValueForBlock(Pred, orig, Phis);
     Phis[BB] = ret;
     return ret;
   }
+
+  // Get the number of predecessors of this block so we can reserve space later.
+  // If there is already a PHI in it, use the #preds from it, otherwise count.
+  // Getting it from the PHI is constant time.
+  unsigned NumPreds;
+  if (PHINode *ExistingPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
+    NumPreds = ExistingPN->getNumIncomingValues();
+  else
+    NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
   
   // Otherwise, the idom is the loop, so we need to insert a PHI node.  Do so
   // now, then get values to fill in the incoming values for the PHI.
   PHINode *PN = PHINode::Create(orig->getType(), orig->getName()+".rle",
                                 BB->begin());
-  PN->reserveOperandSpace(std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)));
+  PN->reserveOperandSpace(NumPreds);
   
-  if (Phis.count(BB) == 0)
-    Phis.insert(std::make_pair(BB, PN));
+  Phis.insert(std::make_pair(BB, PN));
   
   // Fill in the incoming values for the block.
   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
@@ -829,8 +831,7 @@ Value *GVN::GetValueForBlock(BasicBlock *BB, LoadInst* orig,
     PN->addIncoming(val, *PI);
   }
   
-  AliasAnalysis& AA = getAnalysis<AliasAnalysis>();
-  AA.copyValue(orig, PN);
+  VN.getAliasAnalysis()->copyValue(orig, PN);
   
   // Attempt to collapse PHI nodes that are trivially redundant
   Value* v = CollapsePhi(PN);
@@ -840,9 +841,6 @@ Value *GVN::GetValueForBlock(BasicBlock *BB, LoadInst* orig,
     return PN;
   }
     
-  MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
-
-  MD.removeInstruction(PN);
   PN->replaceAllUsesWith(v);
 
   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = Phis.begin(),
@@ -850,176 +848,352 @@ Value *GVN::GetValueForBlock(BasicBlock *BB, LoadInst* orig,
     if (I->second == PN)
       I->second = v;
 
+  DEBUG(cerr << "GVN removed: " << *PN);
+  MD->removeInstruction(PN);
   PN->eraseFromParent();
 
   Phis[BB] = v;
   return v;
 }
 
+/// IsValueFullyAvailableInBlock - Return true if we can prove that the value
+/// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
+/// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
+/// map is actually a tri-state map with the following values:
+///   0) we know the block *is not* fully available.
+///   1) we know the block *is* fully available.
+///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
+///      currently speculating that it will be.
+///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
+///      other blocks.
+static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB, 
+                            DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks) {
+  // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
+  // if we already know about this block in one lookup.
+  std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV = 
+    FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
+
+  // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
+  if (!IV.second) {
+    // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
+    // speculation of other blocks.
+    if (IV.first->second == 2)
+      IV.first->second = 3;
+    return IV.first->second != 0;
+  }
+  
+  // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
+  pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
+  
+  // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
+  if (PI == PE)
+    goto SpeculationFailure;
+  
+  for (; PI != PE; ++PI)
+    // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
+    // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
+    // optimistic assumption and bail out.
+    if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
+      goto SpeculationFailure;
+  
+  return true;
+  
+// SpeculationFailure - If we get here, we found out that this is not, after
+// all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
+// used the speculation to mark other blocks as available.
+SpeculationFailure:
+  char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
+  
+  // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
+  if (BBVal == 2) {
+    BBVal = 0;
+    return false;
+  }
+
+  // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
+  // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
+  // 0 if set to one.
+  SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
+  BBWorklist.push_back(BB);
+  
+  while (!BBWorklist.empty()) {
+    BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
+    // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
+    // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
+    char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
+    if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
+
+    // Mark as unavailable.
+    EntryVal = 0;
+    
+    for (succ_iterator I = succ_begin(Entry), E = succ_end(Entry); I != E; ++I)
+      BBWorklist.push_back(*I);
+  }
+  
+  return false;
+}
+
 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
 /// non-local by performing PHI construction.
-bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst* L,
+bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI,
                               SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
-  MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
-  
-  // Find the non-local dependencies of the load
-  DenseMap<BasicBlock*, Value*> deps;
-  MD.getNonLocalDependency(L, deps);
+  // Find the non-local dependencies of the load.
+  SmallVector<MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepEntry, 64> Deps; 
+  MD->getNonLocalPointerDependency(LI->getOperand(0), true, LI->getParent(),
+                                   Deps);
+  //DEBUG(cerr << "INVESTIGATING NONLOCAL LOAD: " << Deps.size() << *LI);
+  
+  // If we had to process more than one hundred blocks to find the
+  // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
+  // it will be too expensive.
+  if (Deps.size() > 100)
+    return false;
   
-  DenseMap<BasicBlock*, Value*> repl;
+  // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
+  // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
+  // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
+  // that could potentially clobber the load).
+  SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 16> ValuesPerBlock;
+  SmallVector<BasicBlock*, 16> UnavailableBlocks;
   
-  // Filter out useless results (non-locals, etc)
-  for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = deps.begin(), E = deps.end();
-       I != E; ++I) {
-    if (I->second == MemoryDependenceAnalysis::None)
-      return false;
-  
-    if (I->second == MemoryDependenceAnalysis::NonLocal)
+  for (unsigned i = 0, e = Deps.size(); i != e; ++i) {
+    BasicBlock *DepBB = Deps[i].first;
+    MemDepResult DepInfo = Deps[i].second;
+    
+    if (DepInfo.isClobber()) {
+      UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
       continue;
+    }
+    
+    Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
+    
+    // Loading the allocation -> undef.
+    if (isa<AllocationInst>(DepInst)) {
+      ValuesPerBlock.push_back(std::make_pair(DepBB, 
+                                              UndefValue::get(LI->getType())));
+      continue;
+    }
   
-    if (StoreInst* S = dyn_cast<StoreInst>(I->second)) {
-      if (S->getPointerOperand() != L->getPointerOperand())
-        return false;
-      repl[I->first] = S->getOperand(0);
-    } else if (LoadInst* LD = dyn_cast<LoadInst>(I->second)) {
-      if (LD->getPointerOperand() != L->getPointerOperand())
-        return false;
-      repl[I->first] = LD;
+    if (StoreInst* S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
+      // Reject loads and stores that are to the same address but are of 
+      // different types.
+      // NOTE: 403.gcc does have this case (e.g. in readonly_fields_p) because
+      // of bitfield access, it would be interesting to optimize for it at some
+      // point.
+      if (S->getOperand(0)->getType() != LI->getType()) {
+        UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
+        continue;
+      }
+      
+      ValuesPerBlock.push_back(std::make_pair(DepBB, S->getOperand(0)));
+      
+    } else if (LoadInst* LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
+      if (LD->getType() != LI->getType()) {
+        UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
+        continue;
+      }
+      ValuesPerBlock.push_back(std::make_pair(DepBB, LD));
     } else {
-      return false;
+      UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
+      continue;
     }
   }
   
-  // Use cached PHI construction information from previous runs
-  SmallPtrSet<Instruction*, 4>& p = phiMap[L->getPointerOperand()];
-  for (SmallPtrSet<Instruction*, 4>::iterator I = p.begin(), E = p.end();
-       I != E; ++I) {
-    if ((*I)->getParent() == L->getParent()) {
-      MD.removeInstruction(L);
-      L->replaceAllUsesWith(*I);
-      toErase.push_back(L);
-      NumGVNLoad++;
-      return true;
+  // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
+  // early.
+  if (ValuesPerBlock.empty()) return false;
+  
+  // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
+  // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
+  // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
+  if (UnavailableBlocks.empty()) {
+    // Use cached PHI construction information from previous runs
+    SmallPtrSet<Instruction*, 4> &p = phiMap[LI->getPointerOperand()];
+    // FIXME: What does phiMap do? Are we positive it isn't getting invalidated?
+    for (SmallPtrSet<Instruction*, 4>::iterator I = p.begin(), E = p.end();
+         I != E; ++I) {
+      if ((*I)->getParent() == LI->getParent()) {
+        DEBUG(cerr << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD #1: " << *LI);
+        LI->replaceAllUsesWith(*I);
+        toErase.push_back(LI);
+        NumGVNLoad++;
+        return true;
+      }
+      
+      ValuesPerBlock.push_back(std::make_pair((*I)->getParent(), *I));
     }
     
-    repl.insert(std::make_pair((*I)->getParent(), *I));
+    DEBUG(cerr << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI);
+    
+    DenseMap<BasicBlock*, Value*> BlockReplValues;
+    BlockReplValues.insert(ValuesPerBlock.begin(), ValuesPerBlock.end());
+    // Perform PHI construction.
+    Value* v = GetValueForBlock(LI->getParent(), LI, BlockReplValues, true);
+    LI->replaceAllUsesWith(v);
+    toErase.push_back(LI);
+    NumGVNLoad++;
+    return true;
   }
   
-  // Perform PHI construction
-  SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> visited;
-  Value* v = GetValueForBlock(L->getParent(), L, repl, true);
+  if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
+    return false;
+
+  // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
+  // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
+  // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
+  // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
+  // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
+  // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
+  // the load, not inserting a new one).
+  
+  // Everything we do here is based on local predecessors of LI's block.  If it
+  // only has one predecessor, bail now.
+  BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
+  if (LoadBB->getSinglePredecessor())
+    return false;
+  
+  // If we have a repl set with LI itself in it, this means we have a loop where
+  // at least one of the values is LI.  Since this means that we won't be able
+  // to eliminate LI even if we insert uses in the other predecessors, we will
+  // end up increasing code size.  Reject this by scanning for LI.
+  for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
+    if (ValuesPerBlock[i].second == LI)
+      return false;
   
-  MD.removeInstruction(L);
-  L->replaceAllUsesWith(v);
-  toErase.push_back(L);
-  NumGVNLoad++;
+  // Okay, we have some hope :).  Check to see if the loaded value is fully
+  // available in all but one predecessor.
+  // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
+  // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
+  // that one block.
+  BasicBlock *UnavailablePred = 0;
 
+  DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
+  for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
+    FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].first] = true;
+  for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
+    FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
+
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
+       PI != E; ++PI) {
+    if (IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
+      continue;
+    
+    // If this load is not available in multiple predecessors, reject it.
+    if (UnavailablePred && UnavailablePred != *PI)
+      return false;
+    UnavailablePred = *PI;
+  }
+  
+  assert(UnavailablePred != 0 &&
+         "Fully available value should be eliminated above!");
+  
+  // If the loaded pointer is PHI node defined in this block, do PHI translation
+  // to get its value in the predecessor.
+  Value *LoadPtr = LI->getOperand(0)->DoPHITranslation(LoadBB, UnavailablePred);
+  
+  // Make sure the value is live in the predecessor.  If it was defined by a
+  // non-PHI instruction in this block, we don't know how to recompute it above.
+  if (Instruction *LPInst = dyn_cast<Instruction>(LoadPtr))
+    if (!DT->dominates(LPInst->getParent(), UnavailablePred)) {
+      DEBUG(cerr << "COULDN'T PRE LOAD BECAUSE PTR IS UNAVAILABLE IN PRED: "
+                 << *LPInst << *LI << "\n");
+      return false;
+    }
+  
+  // We don't currently handle critical edges :(
+  if (UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
+    DEBUG(cerr << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF CRITICAL EDGE '"
+                << UnavailablePred->getName() << "': " << *LI);
+    return false;
+  }
+  
+  // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
+  // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
+  // it.
+  DEBUG(cerr << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI);
+  
+  Value *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
+                                LI->getAlignment(),
+                                UnavailablePred->getTerminator());
+  
+  DenseMap<BasicBlock*, Value*> BlockReplValues;
+  BlockReplValues.insert(ValuesPerBlock.begin(), ValuesPerBlock.end());
+  BlockReplValues[UnavailablePred] = NewLoad;
+  
+  // Perform PHI construction.
+  Value* v = GetValueForBlock(LI->getParent(), LI, BlockReplValues, true);
+  LI->replaceAllUsesWith(v);
+  v->takeName(LI);
+  toErase.push_back(LI);
+  NumPRELoad++;
   return true;
 }
 
 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
-bool GVN::processLoad(LoadInst *L, DenseMap<Value*, LoadInst*> &lastLoad,
-                      SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
-  if (L->isVolatile()) {
-    lastLoad[L->getPointerOperand()] = L;
+bool GVN::processLoad(LoadInst *L, SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
+  if (L->isVolatile())
     return false;
-  }
   
   Value* pointer = L->getPointerOperand();
-  LoadInst*& last = lastLoad[pointer];
-  
+
   // ... to a pointer that has been loaded from before...
-  MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
-  bool removedNonLocal = false;
-  Instruction* dep = MD.getDependency(L);
-  if (dep == MemoryDependenceAnalysis::NonLocal &&
-      L->getParent() != &L->getParent()->getParent()->getEntryBlock()) {
-    removedNonLocal = processNonLocalLoad(L, toErase);
+  MemDepResult dep = MD->getDependency(L);
+  
+  // If the value isn't available, don't do anything!
+  if (dep.isClobber())
+    return false;
+
+  // If it is defined in another block, try harder.
+  if (dep.isNonLocal())
+    return processNonLocalLoad(L, toErase);
+
+  Instruction *DepInst = dep.getInst();
+  if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
+    // Only forward substitute stores to loads of the same type.
+    // FIXME: Could do better!
+    if (DepSI->getPointerOperand()->getType() != pointer->getType())
+      return false;
     
-    if (!removedNonLocal)
-      last = L;
+    // Remove it!
+    L->replaceAllUsesWith(DepSI->getOperand(0));
+    toErase.push_back(L);
+    NumGVNLoad++;
+    return true;
+  }
+
+  if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
+    // Only forward substitute stores to loads of the same type.
+    // FIXME: Could do better! load i32 -> load i8 -> truncate on little endian.
+    if (DepLI->getType() != L->getType())
+      return false;
     
-    return removedNonLocal;
+    // Remove it!
+    L->replaceAllUsesWith(DepLI);
+    toErase.push_back(L);
+    NumGVNLoad++;
+    return true;
   }
   
-  
-  bool deletedLoad = false;
-  
-  // Walk up the dependency chain until we either find
-  // a dependency we can use, or we can't walk any further
-  while (dep != MemoryDependenceAnalysis::None &&
-         dep != MemoryDependenceAnalysis::NonLocal &&
-         (isa<LoadInst>(dep) || isa<StoreInst>(dep))) {
-    // ... that depends on a store ...
-    if (StoreInst* S = dyn_cast<StoreInst>(dep)) {
-      if (S->getPointerOperand() == pointer) {
-        // Remove it!
-        MD.removeInstruction(L);
-        
-        L->replaceAllUsesWith(S->getOperand(0));
-        toErase.push_back(L);
-        deletedLoad = true;
-        NumGVNLoad++;
-      }
-      
-      // Whether we removed it or not, we can't
-      // go any further
-      break;
-    } else if (!last) {
-      // If we don't depend on a store, and we haven't
-      // been loaded before, bail.
-      break;
-    } else if (dep == last) {
-      // Remove it!
-      MD.removeInstruction(L);
-      
-      L->replaceAllUsesWith(last);
-      toErase.push_back(L);
-      deletedLoad = true;
-      NumGVNLoad++;
-        
-      break;
-    } else {
-      dep = MD.getDependency(L, dep);
-    }
-  }
-
-  if (dep != MemoryDependenceAnalysis::None &&
-      dep != MemoryDependenceAnalysis::NonLocal &&
-      isa<AllocationInst>(dep)) {
-    // Check that this load is actually from the
-    // allocation we found
-    Value* v = L->getOperand(0);
-    while (true) {
-      if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(v))
-        v = BC->getOperand(0);
-      else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(v))
-        v = GEP->getOperand(0);
-      else
-        break;
-    }
-    if (v == dep) {
-      // If this load depends directly on an allocation, there isn't
-      // anything stored there; therefore, we can optimize this load
-      // to undef.
-      MD.removeInstruction(L);
-
-      L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
-      toErase.push_back(L);
-      deletedLoad = true;
-      NumGVNLoad++;
-    }
+  // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
+  // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
+  // intervening stores, for example.
+  if (isa<AllocationInst>(DepInst)) {
+    L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
+    toErase.push_back(L);
+    NumGVNLoad++;
+    return true;
   }
 
-  if (!deletedLoad)
-    last = L;
-  
-  return deletedLoad;
+  return false;
 }
 
 Value* GVN::lookupNumber(BasicBlock* BB, uint32_t num) {
-  ValueNumberScope* locals = localAvail[BB];
+  DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator I = localAvail.find(BB);
+  if (I == localAvail.end())
+    return 0;
+  
+  ValueNumberScope* locals = I->second;
   
   while (locals) {
     DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = locals->table.find(num);
@@ -1035,10 +1209,9 @@ Value* GVN::lookupNumber(BasicBlock* BB, uint32_t num) {
 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
 /// by inserting it into the appropriate sets
 bool GVN::processInstruction(Instruction *I,
-                             DenseMap<Value*, LoadInst*> &lastSeenLoad,
                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
   if (LoadInst* L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
-    bool changed = processLoad(L, lastSeenLoad, toErase);
+    bool changed = processLoad(L, toErase);
     
     if (!changed) {
       unsigned num = VN.lookup_or_add(L);
@@ -1048,11 +1221,12 @@ bool GVN::processInstruction(Instruction *I,
     return changed;
   }
   
+  uint32_t nextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
   unsigned num = VN.lookup_or_add(I);
   
   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
   // by fast failing them.
-  if (isa<AllocationInst>(I)) {
+  if (isa<AllocationInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I)) {
     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(num, I));
     return false;
   }
@@ -1064,25 +1238,28 @@ bool GVN::processInstruction(Instruction *I,
     if (constVal) {
       for (PhiMapType::iterator PI = phiMap.begin(), PE = phiMap.end();
            PI != PE; ++PI)
-        if (PI->second.count(p))
-          PI->second.erase(p);
+        PI->second.erase(p);
         
       p->replaceAllUsesWith(constVal);
       toErase.push_back(p);
     } else {
       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(num, I));
     }
+  
+  // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
+  // need to do a lookup to see if the number already exists
+  // somewhere in the domtree: it can't!
+  } else if (num == nextNum) {
+    localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(num, I));
+    
   // Perform value-number based elimination
   } else if (Value* repl = lookupNumber(I->getParent(), num)) {
     // Remove it!
-    MemoryDependenceAnalysis& MD = getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
-    MD.removeInstruction(I);
-    
     VN.erase(I);
     I->replaceAllUsesWith(repl);
     toErase.push_back(I);
     return true;
-  } else if (!I->isTerminator()) {
+  } else {
     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(num, I));
   }
   
@@ -1093,27 +1270,58 @@ bool GVN::processInstruction(Instruction *I,
 // function.
 //
 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
+  MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
+  DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
-  VN.setMemDep(&getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>());
-  VN.setDomTree(&getAnalysis<DominatorTree>());
+  VN.setMemDep(MD);
+  VN.setDomTree(DT);
   
   bool changed = false;
   bool shouldContinue = true;
   
+  // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
+  // optimization opportunities.
+  for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
+    BasicBlock* BB = FI;
+    ++FI;
+    bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, this);
+    if (removedBlock) NumGVNBlocks++;
+    
+    changed |= removedBlock;
+  }
+  
+  unsigned Iteration = 0;
+  
   while (shouldContinue) {
+    DEBUG(cerr << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
     shouldContinue = iterateOnFunction(F);
     changed |= shouldContinue;
+    ++Iteration;
   }
   
+  if (EnablePRE) {
+    bool PREChanged = true;
+    while (PREChanged) {
+      PREChanged = performPRE(F);
+      changed |= PREChanged;
+    }
+  }
+  // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
+  // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
+  // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
+  // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
+
+  cleanupGlobalSets();
+
   return changed;
 }
 
 
 bool GVN::processBlock(DomTreeNode* DTN) {
   BasicBlock* BB = DTN->getBlock();
-
+  // FIXME: Kill off toErase by doing erasing eagerly in a helper function (and
+  // incrementing BI before processing an instruction).
   SmallVector<Instruction*, 8> toErase;
-  DenseMap<Value*, LoadInst*> lastSeenLoad;
   bool changed_function = false;
   
   if (DTN->getIDom())
@@ -1124,7 +1332,7 @@ bool GVN::processBlock(DomTreeNode* DTN) {
   
   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
        BI != BE;) {
-    changed_function |= processInstruction(BI, lastSeenLoad, toErase);
+    changed_function |= processInstruction(BI, toErase);
     if (toErase.empty()) {
       ++BI;
       continue;
@@ -1139,15 +1347,17 @@ bool GVN::processBlock(DomTreeNode* DTN) {
       --BI;
 
     for (SmallVector<Instruction*, 4>::iterator I = toErase.begin(),
-         E = toErase.end(); I != E; ++I)
+         E = toErase.end(); I != E; ++I) {
+      DEBUG(cerr << "GVN removed: " << **I);
+      MD->removeInstruction(*I);
       (*I)->eraseFromParent();
+    }
+    toErase.clear();
 
     if (AtStart)
       BI = BB->begin();
     else
       ++BI;
-    
-    toErase.clear();
   }
   
   return changed_function;
@@ -1156,8 +1366,9 @@ bool GVN::processBlock(DomTreeNode* DTN) {
 /// performPRE - Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
 bool GVN::performPRE(Function& F) {
-  bool changed = false;
+  bool Changed = false;
   SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
+  DenseMap<BasicBlock*, Value*> predMap;
   for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(&F.getEntryBlock()),
        DE = df_end(&F.getEntryBlock()); DI != DE; ++DI) {
     BasicBlock* CurrentBlock = *DI;
@@ -1167,14 +1378,14 @@ bool GVN::performPRE(Function& F) {
     
     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
          BE = CurrentBlock->end(); BI != BE; ) {
-      if (isa<AllocaInst>(BI) || isa<TerminatorInst>(BI) ||
-          isa<LoadInst>(BI) || isa<StoreInst>(BI) ||
-          isa<CallInst>(BI) || isa<PHINode>(BI)) {
-        BI++;
+      Instruction *CurInst = BI++;
+      
+      if (isa<AllocationInst>(CurInst) || isa<TerminatorInst>(CurInst) ||
+          isa<PHINode>(CurInst) || CurInst->mayReadFromMemory() ||
+          CurInst->mayWriteToMemory())
         continue;
-      }
       
-      uint32_t valno = VN.lookup(BI);
+      uint32_t valno = VN.lookup(CurInst);
       
       // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
       // only trying to solve the basic diamond case, where
@@ -1185,7 +1396,8 @@ bool GVN::performPRE(Function& F) {
       unsigned numWith = 0;
       unsigned numWithout = 0;
       BasicBlock* PREPred = 0;
-      DenseMap<BasicBlock*, Value*> predMap;
+      predMap.clear();
+
       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI) {
         // We're not interested in PRE where the block is its
@@ -1204,7 +1416,7 @@ bool GVN::performPRE(Function& F) {
         if (predV == localAvail[*PI]->table.end()) {
           PREPred = *PI;
           numWithout++;
-        } else if (predV->second == BI) {
+        } else if (predV->second == CurInst) {
           numWithout = 2;
         } else {
           predMap[*PI] = predV->second;
@@ -1214,10 +1426,8 @@ bool GVN::performPRE(Function& F) {
       
       // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
       // we would need to insert instructions in more than one pred.
-      if (numWithout != 1 || numWith == 0) {
-        BI++;
+      if (numWithout != 1 || numWith == 0)
         continue;
-      }
       
       // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
       // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
@@ -1225,15 +1435,13 @@ bool GVN::performPRE(Function& F) {
       unsigned succNum = 0;
       for (unsigned i = 0, e = PREPred->getTerminator()->getNumSuccessors();
            i != e; ++i)
-        if (PREPred->getTerminator()->getSuccessor(i) == PREPred) {
+        if (PREPred->getTerminator()->getSuccessor(i) == CurrentBlock) {
           succNum = i;
           break;
         }
         
       if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), succNum)) {
         toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), succNum));
-        changed = true;
-        BI++;
         continue;
       }
       
@@ -1242,17 +1450,19 @@ bool GVN::performPRE(Function& F) {
       // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
       // that weren't original present will have been instantiated earlier
       // in this loop.
-      Instruction* PREInstr = BI->clone();
+      Instruction* PREInstr = CurInst->clone();
       bool success = true;
-      for (unsigned i = 0; i < BI->getNumOperands(); ++i) {
-        Value* op = BI->getOperand(i);
-        if (isa<Argument>(op) || isa<Constant>(op) || isa<GlobalValue>(op))
-          PREInstr->setOperand(i, op);
-        else if (!lookupNumber(PREPred, VN.lookup(op))) {
+      for (unsigned i = 0, e = CurInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+        Value *Op = PREInstr->getOperand(i);
+        if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
+          continue;
+        
+        if (Value *V = lookupNumber(PREPred, VN.lookup(Op))) {
+          PREInstr->setOperand(i, V);
+        } else {
           success = false;
           break;
-        } else
-          PREInstr->setOperand(i, lookupNumber(PREPred, VN.lookup(op)));
+        }
       }
       
       // Fail out if we encounter an operand that is not available in
@@ -1260,12 +1470,11 @@ bool GVN::performPRE(Function& F) {
       // are not value numbered precisely.
       if (!success) {
         delete PREInstr;
-        BI++;
         continue;
       }
       
       PREInstr->insertBefore(PREPred->getTerminator());
-      PREInstr->setName(BI->getName() + ".pre");
+      PREInstr->setName(CurInst->getName() + ".pre");
       predMap[PREPred] = PREInstr;
       VN.add(PREInstr, valno);
       NumGVNPRE++;
@@ -1274,31 +1483,23 @@ bool GVN::performPRE(Function& F) {
       localAvail[PREPred]->table.insert(std::make_pair(valno, PREInstr));
       
       // Create a PHI to make the value available in this block.
-      PHINode* Phi = PHINode::Create(BI->getType(),
-                                     BI->getName() + ".pre-phi",
+      PHINode* Phi = PHINode::Create(CurInst->getType(),
+                                     CurInst->getName() + ".pre-phi",
                                      CurrentBlock->begin());
       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI)
         Phi->addIncoming(predMap[*PI], *PI);
       
       VN.add(Phi, valno);
-      
-      // The newly created PHI completely replaces the old instruction,
-      // so we need to update the maps to reflect this.
-      DomTreeNode* DTN = getAnalysis<DominatorTree>()[CurrentBlock];
-      for (DomTreeNode::iterator UI = DTN->begin(), UE = DTN->end();
-           UI != UE; ++UI)
-        localAvail[(*UI)->getBlock()]->table[valno] = Phi;
       localAvail[CurrentBlock]->table[valno] = Phi;
       
-      BI->replaceAllUsesWith(Phi);
-      VN.erase(BI);
-      
-      Instruction* erase = BI;
-      BI++;
-      erase->eraseFromParent();
+      CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
+      VN.erase(CurInst);
       
-      changed = true;
+      DEBUG(cerr << "GVN PRE removed: " << *CurInst);
+      MD->removeInstruction(CurInst);
+      CurInst->eraseFromParent();
+      Changed = true;
     }
   }
   
@@ -1306,30 +1507,28 @@ bool GVN::performPRE(Function& F) {
        I = toSplit.begin(), E = toSplit.end(); I != E; ++I)
     SplitCriticalEdge(I->first, I->second, this);
   
-  return changed;
+  return Changed || toSplit.size();
 }
 
-// GVN::iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
+// iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
-  // Clean out global sets from any previous functions
-  VN.clear();
-  phiMap.clear();
-  
-  for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator
-       I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I)
-    delete I->second;
-  localAvail.clear();
-  
-  DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();   
+  cleanupGlobalSets();
 
   // Top-down walk of the dominator tree
   bool changed = false;
-  for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT.getRootNode()),
-       DE = df_end(DT.getRootNode()); DI != DE; ++DI)
+  for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
+       DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI)
     changed |= processBlock(*DI);
   
-  if (EnablePRE)
-    changed |= performPRE(F);
-  
   return changed;
 }
+
+void GVN::cleanupGlobalSets() {
+  VN.clear();
+  phiMap.clear();
+
+  for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator
+       I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I)
+    delete I->second;
+  localAvail.clear();
+}