stub out some LazyValueInfo interfaces, and have JumpThreading
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
index 407d081b78157e60202b9cfd0d60f70a1c5fc68c..03b32540c9c3e3200bdad486cb99746f88c8012e 100644 (file)
 #define DEBUG_TYPE "jump-threading"
 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/LLVMContext.h"
 #include "llvm/Pass.h"
-#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
+#include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
+#include "llvm/Target/TargetData.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/ADT/SmallSet.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
-#include "llvm/Support/Compiler.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 using namespace llvm;
 
 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
+STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
 
 static cl::opt<unsigned>
 Threshold("jump-threading-threshold", 
           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
           cl::init(6), cl::Hidden);
 
+// Turn on use of LazyValueInfo.
+static cl::opt<bool>
+EnableLVI("enable-jump-threading-lvi", cl::ReallyHidden);
+
+
+
 namespace {
   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
@@ -49,19 +64,46 @@ namespace {
   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
   /// revectored to the false side of the second if.
   ///
-  class VISIBILITY_HIDDEN JumpThreading : public FunctionPass {
+  class JumpThreading : public FunctionPass {
+    TargetData *TD;
+    LazyValueInfo *LVI;
+#ifdef NDEBUG
+    SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
+#else
+    SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
+#endif
   public:
     static char ID; // Pass identification
-    JumpThreading() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
+    JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
 
     bool runOnFunction(Function &F);
-    bool ThreadBlock(BasicBlock *BB);
-    void ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, BasicBlock *SuccBB);
-    BasicBlock *FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Constant *CstVal);
+    
+    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+      if (EnableLVI)
+        AU.addRequired<LazyValueInfo>();
+    }
+    
+    void FindLoopHeaders(Function &F);
+    bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
+    bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
+                    BasicBlock *SuccBB);
+    bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
+                                          BasicBlock *PredBB);
+    
+    typedef SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*,
+                                      BasicBlock*> > PredValueInfo;
+    
+    bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
+                                         PredValueInfo &Result);
+    bool ProcessThreadableEdges(Instruction *CondInst, BasicBlock *BB);
+    
+    
+    bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
+    bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
 
     bool ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN);
-    bool ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB, bool isAnd);
-    bool ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB);
+    
+    bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
   };
 }
 
@@ -75,50 +117,76 @@ FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
 /// runOnFunction - Top level algorithm.
 ///
 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
-  DOUT << "Jump threading on function '" << F.getNameStart() << "'\n";
+  DEBUG(errs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
+  TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
+  LVI = EnableLVI ? &getAnalysis<LazyValueInfo>() : 0;
+  
+  FindLoopHeaders(F);
   
   bool AnotherIteration = true, EverChanged = false;
   while (AnotherIteration) {
     AnotherIteration = false;
     bool Changed = false;
-    for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E; ++I)
-      while (ThreadBlock(I))
+    for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
+      BasicBlock *BB = I;
+      // Thread all of the branches we can over this block. 
+      while (ProcessBlock(BB))
         Changed = true;
+      
+      ++I;
+      
+      // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
+      // edges which simplifies the CFG.
+      if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
+          BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
+        DEBUG(errs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
+              << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
+        LoopHeaders.erase(BB);
+        DeleteDeadBlock(BB);
+        Changed = true;
+      } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
+        // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
+        // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
+        // this dead.
+        if (BI->isUnconditional() && 
+            BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
+          BasicBlock::iterator BBI = BB->getFirstNonPHI();
+          // Ignore dbg intrinsics.
+          while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
+            ++BBI;
+          // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
+          if (BBI->isTerminator()) {
+            // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
+            // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
+            // reinsert afterward in the rare case when the block isn't deleted.
+            bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
+            
+            if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
+              Changed = true;
+            else if (ErasedFromLoopHeaders)
+              LoopHeaders.insert(BB);
+          }
+        }
+      }
+    }
     AnotherIteration = Changed;
     EverChanged |= Changed;
   }
+  
+  LoopHeaders.clear();
   return EverChanged;
 }
 
-/// FactorCommonPHIPreds - If there are multiple preds with the same incoming
-/// value for the PHI, factor them together so we get one block to thread for
-/// the whole group.
-/// This is important for things like "phi i1 [true, true, false, true, x]"
-/// where we only need to clone the block for the true blocks once.
-///
-BasicBlock *JumpThreading::FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Constant *CstVal) {
-  SmallVector<BasicBlock*, 16> CommonPreds;
-  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
-    if (PN->getIncomingValue(i) == CstVal)
-      CommonPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
-  
-  if (CommonPreds.size() == 1)
-    return CommonPreds[0];
-    
-  DOUT << "  Factoring out " << CommonPreds.size()
-       << " common predecessors.\n";
-  return SplitBlockPredecessors(PN->getParent(),
-                                &CommonPreds[0], CommonPreds.size(),
-                                ".thr_comm", this);
-}
-  
-
 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
 /// thread across it.
 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
-
+  
+  // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
+  // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
+  
+  
   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
   // include the terminator because the copy won't include it.
   unsigned Size = 0;
@@ -140,7 +208,7 @@ static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
         Size += 3;
-      else if (isa<VectorType>(CI->getType()))
+      else if (!isa<VectorType>(CI->getType()))
         Size += 1;
     }
   }
@@ -153,13 +221,215 @@ static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
   return Size;
 }
 
+/// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
+/// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
+/// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
+/// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
+/// by finding targets of backedges in the CFG.
+///
+/// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
+/// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
+/// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
+/// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
+/// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
+/// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
+/// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
+/// mutates, so we don't allow any of these transformations.
+///
+void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
+  SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
+  FindFunctionBackedges(F, Edges);
+  
+  for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
+    LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
+}
+
+/// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
+/// if we can infer that the value is a known ConstantInt in any of our
+/// predecessors.  If so, return the known list of value and pred BB in the
+/// result vector.  If a value is known to be undef, it is returned as null.
+///
+/// This returns true if there were any known values.
+///
+bool JumpThreading::
+ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,PredValueInfo &Result){
+  // If V is a constantint, then it is known in all predecessors.
+  if (isa<ConstantInt>(V) || isa<UndefValue>(V)) {
+    ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
+    
+    for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
+      Result.push_back(std::make_pair(CI, *PI));
+    return true;
+  }
+  
+  // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
+  // then it can't be derived from a PHI.
+  Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
+  if (I == 0 || I->getParent() != BB) {
+    
+    // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
+    // of any of our predecessors.
+    //
+    // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
+    /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
+    /// predecessor based on its terminator.
+    //
+    if (LVI) {
+      for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
+        // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
+        // predecessor, use that information to try to thread this block.
+        Constant *PredCst = LVI->getConstant(V, *PI);
+        if (PredCst == 0 ||
+            (!isa<ConstantInt>(PredCst) && !isa<UndefValue>(PredCst)))
+          continue;
+        
+        Result.push_back(std::make_pair(dyn_cast<ConstantInt>(PredCst), *PI));
+      }
+      
+      return !Result.empty();
+    }
+    
+    return false;
+  }
+  
+  /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
+  if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
+    for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
+      Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
+      if (isa<ConstantInt>(InVal) || isa<UndefValue>(InVal)) {
+        ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(InVal);
+        Result.push_back(std::make_pair(CI, PN->getIncomingBlock(i)));
+      }
+    }
+    return !Result.empty();
+  }
+  
+  SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> LHSVals, RHSVals;
+
+  // Handle some boolean conditions.
+  if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) { 
+    // X | true -> true
+    // X & false -> false
+    if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
+        I->getOpcode() == Instruction::And) {
+      ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals);
+      ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals);
+      
+      if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
+        return false;
+      
+      ConstantInt *InterestingVal;
+      if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
+        InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
+      else
+        InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
+      
+      // Scan for the sentinel.
+      for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
+        if (LHSVals[i].first == InterestingVal || LHSVals[i].first == 0)
+          Result.push_back(LHSVals[i]);
+      for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
+        if (RHSVals[i].first == InterestingVal || RHSVals[i].first == 0)
+          Result.push_back(RHSVals[i]);
+      return !Result.empty();
+    }
+    
+    // Handle the NOT form of XOR.
+    if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
+        isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
+        cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
+      ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result);
+      if (Result.empty())
+        return false;
+
+      // Invert the known values.
+      for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
+        Result[i].first =
+          cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(Result[i].first));
+      return true;
+    }
+  }
+  
+  // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
+  if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
+    PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
+    if (PN && PN->getParent() == BB) {
+      // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
+      // See if any do.
+      for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
+        BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
+        Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
+        Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
+        
+        Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS);
+        if (Res == 0) continue;
+        
+        if (isa<UndefValue>(Res))
+          Result.push_back(std::make_pair((ConstantInt*)0, PredBB));
+        else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Res))
+          Result.push_back(std::make_pair(CI, PredBB));
+      }
+      
+      return !Result.empty();
+    }
+    
+    // TODO: We could also recurse to see if we can determine constants another
+    // way.
+  }
+  return false;
+}
+
+
+
+/// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
+/// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
+///
+/// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
+/// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
+///
+static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
+  TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
+  unsigned MinSucc = 0;
+  BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
+  // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
+  unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
+  for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+    TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
+    unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
+    if (NumPreds < MinNumPreds)
+      MinSucc = i;
+  }
+  
+  return MinSucc;
+}
 
-/// ThreadBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
+/// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
 /// through to a successor, transform them now.
-bool JumpThreading::ThreadBlock(BasicBlock *BB) {
-  // See if this block ends with a branch or switch.  If so, see if the
-  // condition is a phi node.  If so, and if an entry of the phi node is a
-  // constant, we can thread the block.
+bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
+  // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
+  // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
+  // because now the condition in this block can be threaded through
+  // predecessors of our predecessor block.
+  if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
+    if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
+        SinglePred != BB) {
+      // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
+      if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
+        LoopHeaders.insert(BB);
+      
+      // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
+      // will need to move BB back to the entry position.
+      bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
+      MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
+      
+      if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
+        BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
+      return true;
+    }
+  }
+
+  // Look to see if the terminator is a branch of switch, if not we can't thread
+  // it.
   Value *Condition;
   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
     // Can't thread an unconditional jump.
@@ -174,295 +444,681 @@ bool JumpThreading::ThreadBlock(BasicBlock *BB) {
   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
   // other blocks.
   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
-    DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
-         << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator();
+    DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
+          << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
     ++NumFolds;
     ConstantFoldTerminator(BB);
     return true;
   }
   
-  // If there is only a single predecessor of this block, nothing to fold.
-  if (BB->getSinglePredecessor())
-    return false;
+  // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
+  // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
+  if (isa<UndefValue>(Condition)) {
+    unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
+    
+    // Fold the branch/switch.
+    TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
+    for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+      if (i == BestSucc) continue;
+      RemovePredecessorAndSimplify(BBTerm->getSuccessor(i), BB, TD);
+    }
+    
+    DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
+          << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
+    BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
+    BBTerm->eraseFromParent();
+    return true;
+  }
+  
+  Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
 
+  // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
+  // predecessor has the same condition:
+  //     br COND, BBX, BBY
+  //  BBX:
+  //     br COND, BBZ, BBW
+  if (!Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
+      (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
+    pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
+    if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
+      for (; PI != E; ++PI)
+        if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
+          if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
+              ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
+            return true;
+    } else {
+      assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
+      for (; PI != E; ++PI)
+        if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
+          if (PSI->getCondition() == Condition &&
+              ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
+            return true;
+    }
+  }
+
+  // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
+  if (CondInst == 0)
+    return false;
+  
   // See if this is a phi node in the current block.
-  PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Condition);
-  if (PN && PN->getParent() == BB)
-    return ProcessJumpOnPHI(PN);
-  
-  // If this is a conditional branch whose condition is and/or of a phi, try to
-  // simplify it.
-  if (BinaryOperator *CondI = dyn_cast<BinaryOperator>(Condition)) {
-    if ((CondI->getOpcode() == Instruction::And || 
-         CondI->getOpcode() == Instruction::Or) &&
-        isa<BranchInst>(BB->getTerminator()) &&
-        ProcessBranchOnLogical(CondI, BB,
-                               CondI->getOpcode() == Instruction::And))
-      return true;
+  if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
+    if (PN->getParent() == BB)
+      return ProcessJumpOnPHI(PN);
+  
+  if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
+    if (!isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) ||
+        cast<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB) {
+      // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
+      // a condition with a lexically identical value.
+      pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
+      for (; PI != E; ++PI)
+        if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
+          if (PBI->isConditional() && *PI != BB) {
+            if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
+              if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
+                  CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
+                  CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
+                // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
+                if (ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
+                  return true;
+              }
+            }
+          }
+    }
   }
+
+  // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
+  // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
+  // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
+  // which can then be used to thread the values.
+  //
+  // This is particularly important because reg2mem inserts loads and stores all
+  // over the place, and this blocks jump threading if we don't zap them.
+  Value *SimplifyValue = CondInst;
+  if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
+    if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
+      SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
   
-  // If we have "br (phi != 42)" and the phi node has any constant values as 
-  // operands, we can thread through this block.
-  if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(Condition))
-    if (isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) &&
-        isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)) &&
-        ProcessBranchOnCompare(CondCmp, BB))
+  if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
+    if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
       return true;
   
+  
+  // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
+  // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
+  // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
+  //
+  if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB))
+    return true;
+  
+  
+  // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
+  // "(X == 4)" thread through this block.
+  
   return false;
 }
 
-/// ProcessJumpOnPHI - We have a conditional branch of switch on a PHI node in
-/// the current block.  See if there are any simplifications we can do based on
-/// inputs to the phi node.
-/// 
-bool JumpThreading::ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN) {
-  // See if the phi node has any constant values.  If so, we can determine where
-  // the corresponding predecessor will branch.
-  ConstantInt *PredCst = 0;
-  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
-    if ((PredCst = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i))))
-      break;
-  
-  // If no incoming value has a constant, we don't know the destination of any
-  // predecessors.
-  if (PredCst == 0)
-    return false;
+/// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
+/// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
+/// always know the direction of the edge in the DESTBB:
+///  PREDBB:
+///     br COND, DESTBB, BBY
+///  DESTBB:
+///     br COND, BBZ, BBW
+///
+/// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
+/// in DESTBB, we have to thread over it.
+bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
+                                                 BasicBlock *BB) {
+  BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
   
-  // See if the cost of duplicating this block is low enough.
-  BasicBlock *BB = PN->getParent();
-  unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
-  if (JumpThreadCost > Threshold) {
-    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
-         << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
-    return false;
+  // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
+  // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
+  // simplifications.
+  bool BranchDir;
+  if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
+    BranchDir = true;
+  else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
+    BranchDir = false;
+  else {
+    DEBUG(errs() << "  In block '" << PredBB->getName()
+          << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator() << '\n');
+    ++NumFolds;
+    ConstantFoldTerminator(PredBB);
+    return true;
   }
-  
-  // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
-  // that will act the same.
-  BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
+   
+  BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
+
+  // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
+  // constant and fold it.
+  if (BB->getSinglePredecessor()) {
+    DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
+          << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
+          << *BB->getTerminator() << '\n');
+    ++NumFolds;
+    Value *OldCond = DestBI->getCondition();
+    DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
+                                          BranchDir));
+    ConstantFoldTerminator(BB);
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
+    return true;
+  }
   
   // Next, figure out which successor we are threading to.
-  BasicBlock *SuccBB;
-  if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
-    SuccBB = BI->getSuccessor(PredCst == ConstantInt::getFalse());
-  else {
-    SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
-    SuccBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(PredCst));
-  }
+  BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
   
-  // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
-  if (SuccBB == BB) {
-    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
-         << "' - would thread to self!\n";
-    return false;
-  }
+  SmallVector<BasicBlock*, 2> Preds;
+  Preds.push_back(PredBB);
   
-  // And finally, do it!
-  DOUT << "  Threading edge from '" << PredBB->getNameStart() << "' to '"
-       << SuccBB->getNameStart() << "' with cost: " << JumpThreadCost
-       << ", across block:\n    "
-       << *BB << "\n";
-       
-  ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB);
-  ++NumThreads;
-  return true;
+  // Ok, try to thread it!
+  return ThreadEdge(BB, Preds, SuccBB);
 }
 
-/// ProcessJumpOnLogicalPHI - PN's basic block contains a conditional branch
-/// whose condition is an AND/OR where one side is PN.  If PN has constant
-/// operands that permit us to evaluate the condition for some operand, thread
-/// through the block.  For example with:
-///   br (and X, phi(Y, Z, false))
-/// the predecessor corresponding to the 'false' will always jump to the false
-/// destination of the branch.
+/// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
+/// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
+/// always know the direction of the edge in the DESTBB:
+///  PREDBB:
+///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
+///  DESTBB:
+///     switch COND [... BBZ, BBW ]
 ///
-bool JumpThreading::ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB,
-                                           bool isAnd) {
-  // If this is a binary operator tree of the same AND/OR opcode, check the
-  // LHS/RHS.
-  if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
-    if (isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::And ||
-        !isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
-      if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(0), BB, isAnd))
-        return true;
-      if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(1), BB, isAnd))
-        return true;
-    }
+/// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
+/// switches out of repeated 'if' conditions.
+bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
+                                                 BasicBlock *DestBB) {
+  // Can't thread edge to self.
+  if (PredBB == DestBB)
+    return false;
+  
+  SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
+  SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
+
+  // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
+  // blocks: we order them from most to least preferable.
+  
+  // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
+  // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
+  // growth.  Skip debug info first.
+  BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
+  while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
+    BBI++;
+  
+  // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
+  if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
+    bool MadeChange = false;
+    // Ignore the default edge for now.
+    for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+      ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
+      BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
       
-  // If this isn't a PHI node, we can't handle it.
-  PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V);
-  if (!PN || PN->getParent() != BB) return false;
-                                             
-  // We can only do the simplification for phi nodes of 'false' with AND or
-  // 'true' with OR.  See if we have any entries in the phi for this.
-  unsigned PredNo = ~0U;
-  ConstantInt *PredCst = ConstantInt::get(Type::Int1Ty, !isAnd);
-  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
-    if (PN->getIncomingValue(i) == PredCst) {
-      PredNo = i;
-      break;
+      // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
+      // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
+      // by the default case, we can't update PredSI.
+      unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
+      if (PredCase == 0) continue;
+      
+      // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
+      // case on this condition.
+      if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
+          DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
+        continue;
+
+      // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
+      // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
+      DEBUG(errs() << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI);
+      DEBUG(errs() << "THROUGH: " << *DestSI);
+
+      // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
+      // simplicity.
+      if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
+        SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
+        DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
+      }
+      FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
+      PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
+      MadeChange = true;
     }
+    
+    if (MadeChange)
+      return true;
   }
   
-  // If no match, bail out.
-  if (PredNo == ~0U)
+  return false;
+}
+
+
+/// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
+/// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
+/// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
+/// interlaced with other jump threading tasks.
+bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
+  // Don't hack volatile loads.
+  if (LI->isVolatile()) return false;
+  
+  // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
+  // partially redundant.
+  BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
+  if (LoadBB->getSinglePredecessor())
     return false;
   
-  // See if the cost of duplicating this block is low enough.
-  unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
-  if (JumpThreadCost > Threshold) {
-    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
-         << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
+  Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
+
+  // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
+  // FIXME: Could do PHI translation, that would be fun :)
+  if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
+    if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
+      return false;
+  
+  // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
+  // the entry to its block.
+  BasicBlock::iterator BBIt = LI;
+
+  if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, 
+                                                     BBIt, 6)) {
+    // If the value if the load is locally available within the block, just use
+    // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
+    //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
+    
+    // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
+    // only happen in dead loops.
+    if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
+    LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
+    LI->eraseFromParent();
+    return true;
+  }
+
+  // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
+  // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
+  // might clobber its value.
+  if (BBIt != LoadBB->begin())
     return false;
+  
+  
+  SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
+  typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
+  AvailablePredsTy AvailablePreds;
+  BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
+  
+  // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
+  // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
+       PI != PE; ++PI) {
+    BasicBlock *PredBB = *PI;
+
+    // If we already scanned this predecessor, skip it.
+    if (!PredsScanned.insert(PredBB))
+      continue;
+
+    // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
+    BBIt = PredBB->end();
+    Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
+    if (!PredAvailable) {
+      OneUnavailablePred = PredBB;
+      continue;
+    }
+    
+    // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
+    // can create a PHI node.
+    AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
   }
+  
+  // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
+  // redundant.
+  if (AvailablePreds.empty()) return false;
+  
+  // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
+  // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
+  // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
+  // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
+  // code size.
+  BasicBlock *UnavailablePred = 0;
+  
+  // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
+  // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
+  // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
+  if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
+      OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
+    UnavailablePred = OneUnavailablePred;
+  } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
+    // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
+    // edge from the one.
+    SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
+    SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
 
-  // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
-  // that will act the same.
-  BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
+    for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
+      AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
+
+    // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
+    for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
+         PI != PE; ++PI)
+      if (!AvailablePredSet.count(*PI))
+        PredsToSplit.push_back(*PI);
+    
+    // Split them out to their own block.
+    UnavailablePred =
+      SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
+                             "thread-split", this);
+  }
   
-  // Next, figure out which successor we are threading to.  If this was an AND,
-  // the constant must be FALSE, and we must be targeting the 'false' block.
-  // If this is an OR, the constant must be TRUE, and we must be targeting the
-  // 'true' block.
-  BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(isAnd);
+  // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
+  // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
+  // it to the AvailablePreds list.
+  if (UnavailablePred) {
+    assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
+           "Can't handle critical edge here!");
+    Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr",
+                                 UnavailablePred->getTerminator());
+    AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
+  }
   
-  // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
-  if (SuccBB == BB) {
-    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
-    << "' - would thread to self!\n";
-    return false;
+  // Now we know that each predecessor of this block has a value in
+  // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
+  array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
+  
+  // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
+  PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
+  PN->takeName(LI);
+  
+  // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
+  // have multiple entries here.
+  for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
+       ++PI) {
+    AvailablePredsTy::iterator I = 
+      std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
+                       std::make_pair(*PI, (Value*)0));
+    
+    assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == *PI &&
+           "Didn't find entry for predecessor!");
+    
+    PN->addIncoming(I->second, I->first);
   }
   
-  // And finally, do it!
-  DOUT << "  Threading edge through bool from '" << PredBB->getNameStart()
-       << "' to '" << SuccBB->getNameStart() << "' with cost: "
-       << JumpThreadCost << ", across block:\n    "
-       << *BB << "\n";
+  //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
+  
+  LI->replaceAllUsesWith(PN);
+  LI->eraseFromParent();
   
-  ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB);
-  ++NumThreads;
   return true;
 }
 
-/// ProcessBranchOnCompare - We found a branch on a comparison between a phi
-/// node and a constant.  If the PHI node contains any constants as inputs, we
-/// can fold the compare for that edge and thread through it.
-bool JumpThreading::ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB) {
-  PHINode *PN = cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
-  Constant *RHS = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
+/// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
+/// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
+/// the list.
+static BasicBlock *
+FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
+                    const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
+                                  BasicBlock*> > &PredToDestList) {
+  assert(!PredToDestList.empty());
   
-  // If the phi isn't in the current block, an incoming edge to this block
-  // doesn't control the destination.
-  if (PN->getParent() != BB)
-    return false;
+  // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
+  // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
+  // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
+  // them later if interesting.
+  DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
+  for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
+    if (PredToDestList[i].second)
+      DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
   
-  // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
-  // See if any do.
-  Constant *PredCst = 0;
-  bool TrueDirection = false;
-  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
-    PredCst = dyn_cast<Constant>(PN->getIncomingValue(i));
-    if (PredCst == 0) continue;
-    
-    Constant *Res;
-    if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(Cmp))
-      Res = ConstantExpr::getICmp(ICI->getPredicate(), PredCst, RHS);
-    else
-      Res = ConstantExpr::getFCmp(cast<FCmpInst>(Cmp)->getPredicate(),
-                                  PredCst, RHS);
-    // If this folded to a constant expr, we can't do anything.
-    if (ConstantInt *ResC = dyn_cast<ConstantInt>(Res)) {
-      TrueDirection = ResC->getZExtValue();
-      break;
-    }
-    // If this folded to undef, just go the false way.
-    if (isa<UndefValue>(Res)) {
-      TrueDirection = false;
+  // Find the most popular dest.
+  DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
+  BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
+  unsigned Popularity = DPI->second;
+  SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
+  
+  for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
+    // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
+    // seen so far, ignore it.
+    if (DPI->second < Popularity)
+      ; // ignore.
+    else if (DPI->second == Popularity) {
+      // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
+      SamePopularity.push_back(DPI->first);
+    } else {
+      // If it is more popular, remember it.
+      SamePopularity.clear();
+      MostPopularDest = DPI->first;
+      Popularity = DPI->second;
+    }      
+  }
+  
+  // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than
+  // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
+  // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
+  // successor list.
+  if (!SamePopularity.empty()) {
+    SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
+    TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
+    for (unsigned i = 0; ; ++i) {
+      assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
+      
+      if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
+                    TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
+        continue;
+      
+      MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
       break;
     }
-    
-    // Otherwise, we can't fold this input.
-    PredCst = 0;
   }
   
-  // If no match, bail out.
-  if (PredCst == 0)
+  // Okay, we have finally picked the most popular destination.
+  return MostPopularDest;
+}
+
+bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Instruction *CondInst,
+                                           BasicBlock *BB) {
+  // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
+  // thread the edge.
+  if (LoopHeaders.count(BB))
     return false;
   
-  // See if the cost of duplicating this block is low enough.
-  unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
-  if (JumpThreadCost > Threshold) {
-    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
-         << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
+  SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> PredValues;
+  if (!ComputeValueKnownInPredecessors(CondInst, BB, PredValues))
     return false;
-  }
+  assert(!PredValues.empty() &&
+         "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
+
+  DEBUG(errs() << "IN BB: " << *BB;
+        for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
+          errs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = ";
+          if (PredValues[i].first)
+            errs() << *PredValues[i].first;
+          else
+            errs() << "UNDEF";
+          errs() << " for pred '" << PredValues[i].second->getName()
+          << "'.\n";
+        });
   
-  // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
-  // that will act the same.
-  BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
+  // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
+  // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
+  // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
+  // as a null dest in the PredToDestList).
+  SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
+  SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
   
-  // Next, get our successor.
-  BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(!TrueDirection);
+  BasicBlock *OnlyDest = 0;
+  BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
   
-  // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
-  if (SuccBB == BB) {
-    DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
-    << "' - would thread to self!\n";
-    return false;
+  for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
+    BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
+    if (!SeenPreds.insert(Pred))
+      continue;  // Duplicate predecessor entry.
+    
+    // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
+    // destination.
+    if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
+      continue;
+    
+    ConstantInt *Val = PredValues[i].first;
+    
+    BasicBlock *DestBB;
+    if (Val == 0)      // Undef.
+      DestBB = 0;
+    else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
+      DestBB = BI->getSuccessor(Val->isZero());
+    else {
+      SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
+      DestBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(Val));
+    }
+
+    // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
+    if (i == 0)
+      OnlyDest = DestBB;
+    else if (OnlyDest != DestBB)
+      OnlyDest = MultipleDestSentinel;
+    
+    PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
   }
   
+  // If all edges were unthreadable, we fail.
+  if (PredToDestList.empty())
+    return false;
   
-  // And finally, do it!
-  DOUT << "  Threading edge through bool from '" << PredBB->getNameStart()
-       << "' to '" << SuccBB->getNameStart() << "' with cost: "
-       << JumpThreadCost << ", across block:\n    "
-       << *BB << "\n";
+  // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
+  // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
+  // to the most popular destination first.  If we only know about one
+  // threadable destination (the common case) we can avoid this.
+  BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
   
-  ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB);
-  ++NumThreads;
-  return true;
+  if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
+    MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
+  
+  // Now that we know what the most popular destination is, factor all
+  // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
+  SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
+  for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
+    if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
+      BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
+      
+      // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
+      // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
+      // according to # occurrences in PredsToFactor.
+      TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
+      for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
+        if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
+          PredsToFactor.push_back(Pred);
+    }
+
+  // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
+  // the destination that these predecessors should get to.
+  if (MostPopularDest == 0)
+    MostPopularDest = BB->getTerminator()->
+                            getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
+        
+  // Ok, try to thread it!
+  return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
 }
 
+/// ProcessJumpOnPHI - We have a conditional branch or switch on a PHI node in
+/// the current block.  See if there are any simplifications we can do based on
+/// inputs to the phi node.
+/// 
+bool JumpThreading::ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN) {
+  BasicBlock *BB = PN->getParent();
+  
+  // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
+  // *duplicate* the jump into that block in order to further encourage jump
+  // threading and to eliminate cases where we have branch on a phi of an icmp
+  // (branch on icmp is much better).
 
-/// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to thread an
-/// edge from PredBB to SuccBB across BB.  Transform the IR to reflect this
-/// change.
-void JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, 
-                               BasicBlock *SuccBB) {
+  // We don't want to do this tranformation for switches, because we don't
+  // really want to duplicate a switch.
+  if (isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
+    return false;
+  
+  // Look for unconditional branch predecessors.
+  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
+    BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
+    if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
+      if (PredBr->isUnconditional() &&
+          // Try to duplicate BB into PredBB.
+          DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBB))
+        return true;
+  }
 
-  // Jump Threading can not update SSA properties correctly if the values
-  // defined in the duplicated block are used outside of the block itself.  For
-  // this reason, we spill all values that are used outside of BB to the stack.
-  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
-    if (!I->isUsedOutsideOfBlock(BB))
-      continue;
+  return false;
+}
+
+
+/// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
+/// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
+/// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
+static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
+                                            BasicBlock *OldPred,
+                                            BasicBlock *NewPred,
+                                     DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
+  for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
+       PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
+    // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
+    // DestBlock.
+    Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
     
-    // We found a use of I outside of BB.  Create a new stack slot to
-    // break this inter-block usage pattern.
-    if (!isa<StructType>(I->getType())) {
-      DemoteRegToStack(*I);
-      continue;
+    // Remap the value if necessary.
+    if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
+      DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
+      if (I != ValueMap.end())
+        IV = I->second;
     }
     
-    // Alternatively, I must be a call or invoke that returns multiple retvals.
-    // We can't use 'DemoteRegToStack' because that will create loads and
-    // stores of aggregates which is not valid yet.  If I is a call, we can just
-    // pull all the getresult instructions up to this block.  If I is an invoke,
-    // we are out of luck.
-    BasicBlock::iterator IP = I; ++IP;
-    for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
-         UI != E; ++UI)
-      cast<GetResultInst>(UI)->moveBefore(IP);
+    PN->addIncoming(IV, NewPred);
   }
+}
+
+/// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
+/// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
+/// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
+bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, 
+                               const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs, 
+                               BasicBlock *SuccBB) {
+  // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
+  if (SuccBB == BB) {
+    DEBUG(errs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
+          << "' - would thread to self!\n");
+    return false;
+  }
+  
+  // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
+  // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
+  if (LoopHeaders.count(BB)) {
+    DEBUG(errs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
+          << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
+          << "' - it might create an irreducible loop!\n");
+    return false;
+  }
+
+  unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
+  if (JumpThreadCost > Threshold) {
+    DEBUG(errs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
+          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
+    return false;
+  }
+  
+  // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
+  BasicBlock *PredBB;
+  if (PredBBs.size() == 1)
+    PredBB = PredBBs[0];
+  else {
+    DEBUG(errs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
+          << " common predecessors.\n");
+    PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
+                                    ".thr_comm", this);
+  }
+  
+  // And finally, do it!
+  DEBUG(errs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
+        << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
+        << ", across block:\n    "
+        << *BB << "\n");
+  
   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
   // account for entry from PredBB.
   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
   
-  BasicBlock *NewBB =
-    BasicBlock::Create(BB->getName()+".thread", BB->getParent(), BB);
+  BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), 
+                                         BB->getName()+".thread", 
+                                         BB->getParent(), BB);
   NewBB->moveAfter(PredBB);
   
   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
@@ -473,15 +1129,17 @@ void JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB,
   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
     Instruction *New = BI->clone();
-    New->setName(BI->getNameStart());
+    New->setName(BI->getName());
     NewBB->getInstList().push_back(New);
     ValueMapping[BI] = New;
    
     // Remap operands to patch up intra-block references.
     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
-      if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i)))
-        if (Value *Remapped = ValueMapping[Inst])
-          New->setOperand(i, Remapped);
+      if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
+        DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
+        if (I != ValueMapping.end())
+          New->setOperand(i, I->second);
+      }
   }
   
   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
@@ -490,26 +1148,194 @@ void JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB,
   
   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
   // PHI nodes for NewBB now.
-  for (BasicBlock::iterator PNI = SuccBB->begin(); isa<PHINode>(PNI); ++PNI) {
-    PHINode *PN = cast<PHINode>(PNI);
-    // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
-    // DestBlock.
-    Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
+  AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
+  
+  // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
+  // now have to update all uses of the value to use either the original value,
+  // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
+  // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
+  SSAUpdater SSAUpdate;
+  SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
+  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
+    // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
+    // block, and if so, record them in UsesToRename.
+    for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
+         ++UI) {
+      Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
+      if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
+        if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
+          continue;
+      } else if (User->getParent() == BB)
+        continue;
+      
+      UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
+    }
     
-    // Remap the value if necessary.
-    if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV))
-      if (Value *MappedIV = ValueMapping[Inst])
-        IV = MappedIV;
-    PN->addIncoming(IV, NewBB);
+    // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
+    if (UsesToRename.empty())
+      continue;
+    
+    DEBUG(errs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
+
+    // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
+    // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
+    // with the two values we know.
+    SSAUpdate.Initialize(I);
+    SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
+    SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
+    
+    while (!UsesToRename.empty())
+      SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
+    DEBUG(errs() << "\n");
   }
   
-  // Finally, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
+  
+  // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
   // us to simplify any PHI nodes in BB.
   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
-      BB->removePredecessor(PredBB);
+      RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
     }
+  
+  // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
+  // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
+  // frequently happens because of phi translation.
+  BI = NewBB->begin();
+  for (BasicBlock::iterator E = NewBB->end(); BI != E; ) {
+    Instruction *Inst = BI++;
+    
+    if (Value *V = SimplifyInstruction(Inst, TD)) {
+      WeakVH BIHandle(BI);
+      ReplaceAndSimplifyAllUses(Inst, V, TD);
+      if (BIHandle == 0)
+        BI = NewBB->begin();
+      continue;
+    }
+    
+    RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
+  }
+  
+  // Threaded an edge!
+  ++NumThreads;
+  return true;
+}
+
+/// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
+/// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
+/// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
+/// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
+/// a compare.
+bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
+                                                     BasicBlock *PredBB) {
+  // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
+  // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
+  // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
+  if (LoopHeaders.count(BB)) {
+    DEBUG(errs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
+          << "' into predecessor block '" << PredBB->getName()
+          << "' - it might create an irreducible loop!\n");
+    return false;
+  }
+  
+  unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
+  if (DuplicationCost > Threshold) {
+    DEBUG(errs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
+          << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
+    return false;
+  }
+  
+  // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
+  // of PredBB.
+  DEBUG(errs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
+        << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
+        << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
+  
+  // We are going to have to map operands from the original BB block into the
+  // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
+  DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
+  
+  BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
+  for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
+    ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
+  
+  BranchInst *OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
+  
+  // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
+  // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
+  for (; BI != BB->end(); ++BI) {
+    Instruction *New = BI->clone();
+    New->setName(BI->getName());
+    PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
+    ValueMapping[BI] = New;
+    
+    // Remap operands to patch up intra-block references.
+    for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
+      if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
+        DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
+        if (I != ValueMapping.end())
+          New->setOperand(i, I->second);
+      }
+  }
+  
+  // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
+  // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
+  BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
+  AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
+                                  ValueMapping);
+  AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
+                                  ValueMapping);
+  
+  // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
+  // now have to update all uses of the value to use either the original value,
+  // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
+  // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
+  SSAUpdater SSAUpdate;
+  SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
+  for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
+    // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
+    // block, and if so, record them in UsesToRename.
+    for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
+         ++UI) {
+      Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
+      if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
+        if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
+          continue;
+      } else if (User->getParent() == BB)
+        continue;
+      
+      UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
+    }
+    
+    // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
+    if (UsesToRename.empty())
+      continue;
+    
+    DEBUG(errs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
+    
+    // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
+    // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
+    // with the two values we know.
+    SSAUpdate.Initialize(I);
+    SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
+    SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
+    
+    while (!UsesToRename.empty())
+      SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
+    DEBUG(errs() << "\n");
+  }
+  
+  // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
+  // that we nuked.
+  RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
+  
+  // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
+  OldPredBranch->eraseFromParent();
+  
+  ++NumDupes;
+  return true;
 }
+
+