Add two notes for correlated-expression optimizations.
[oota-llvm.git] / lib / Target / README.txt
1 Target Independent Opportunities:
2
3 //===---------------------------------------------------------------------===//
4
5 With the recent changes to make the implicit def/use set explicit in
6 machineinstrs, we should change the target descriptions for 'call' instructions
7 so that the .td files don't list all the call-clobbered registers as implicit
8 defs.  Instead, these should be added by the code generator (e.g. on the dag).
9
10 This has a number of uses:
11
12 1. PPC32/64 and X86 32/64 can avoid having multiple copies of call instructions
13    for their different impdef sets.
14 2. Targets with multiple calling convs (e.g. x86) which have different clobber
15    sets don't need copies of call instructions.
16 3. 'Interprocedural register allocation' can be done to reduce the clobber sets
17    of calls.
18
19 //===---------------------------------------------------------------------===//
20
21 We should recognized various "overflow detection" idioms and translate them into
22 llvm.uadd.with.overflow and similar intrinsics.  Here is a multiply idiom:
23
24 unsigned int mul(unsigned int a,unsigned int b) {
25  if ((unsigned long long)a*b>0xffffffff)
26    exit(0);
27   return a*b;
28 }
29
30 The legalization code for mul-with-overflow needs to be made more robust before
31 this can be implemented though.
32
33 //===---------------------------------------------------------------------===//
34
35 Get the C front-end to expand hypot(x,y) -> llvm.sqrt(x*x+y*y) when errno and
36 precision don't matter (ffastmath).  Misc/mandel will like this. :)  This isn't
37 safe in general, even on darwin.  See the libm implementation of hypot for
38 examples (which special case when x/y are exactly zero to get signed zeros etc
39 right).
40
41 //===---------------------------------------------------------------------===//
42
43 On targets with expensive 64-bit multiply, we could LSR this:
44
45 for (i = ...; ++i) {
46    x = 1ULL << i;
47
48 into:
49  long long tmp = 1;
50  for (i = ...; ++i, tmp+=tmp)
51    x = tmp;
52
53 This would be a win on ppc32, but not x86 or ppc64.
54
55 //===---------------------------------------------------------------------===//
56
57 Shrink: (setlt (loadi32 P), 0) -> (setlt (loadi8 Phi), 0)
58
59 //===---------------------------------------------------------------------===//
60
61 Reassociate should turn things like:
62
63 int factorial(int X) {
64  return X*X*X*X*X*X*X*X;
65 }
66
67 into llvm.powi calls, allowing the code generator to produce balanced
68 multiplication trees.
69
70 First, the intrinsic needs to be extended to support integers, and second the
71 code generator needs to be enhanced to lower these to multiplication trees.
72
73 //===---------------------------------------------------------------------===//
74
75 Interesting? testcase for add/shift/mul reassoc:
76
77 int bar(int x, int y) {
78   return x*x*x+y+x*x*x*x*x*y*y*y*y;
79 }
80 int foo(int z, int n) {
81   return bar(z, n) + bar(2*z, 2*n);
82 }
83
84 This is blocked on not handling X*X*X -> powi(X, 3) (see note above).  The issue
85 is that we end up getting t = 2*X  s = t*t   and don't turn this into 4*X*X,
86 which is the same number of multiplies and is canonical, because the 2*X has
87 multiple uses.  Here's a simple example:
88
89 define i32 @test15(i32 %X1) {
90   %B = mul i32 %X1, 47   ; X1*47
91   %C = mul i32 %B, %B
92   ret i32 %C
93 }
94
95
96 //===---------------------------------------------------------------------===//
97
98 Reassociate should handle the example in GCC PR16157:
99
100 extern int a0, a1, a2, a3, a4; extern int b0, b1, b2, b3, b4; 
101 void f () {  /* this can be optimized to four additions... */ 
102         b4 = a4 + a3 + a2 + a1 + a0; 
103         b3 = a3 + a2 + a1 + a0; 
104         b2 = a2 + a1 + a0; 
105         b1 = a1 + a0; 
106
107
108 This requires reassociating to forms of expressions that are already available,
109 something that reassoc doesn't think about yet.
110
111
112 //===---------------------------------------------------------------------===//
113
114 This function: (derived from GCC PR19988)
115 double foo(double x, double y) {
116   return ((x + 0.1234 * y) * (x + -0.1234 * y));
117 }
118
119 compiles to:
120 _foo:
121         movapd  %xmm1, %xmm2
122         mulsd   LCPI1_1(%rip), %xmm1
123         mulsd   LCPI1_0(%rip), %xmm2
124         addsd   %xmm0, %xmm1
125         addsd   %xmm0, %xmm2
126         movapd  %xmm1, %xmm0
127         mulsd   %xmm2, %xmm0
128         ret
129
130 Reassociate should be able to turn it into:
131
132 double foo(double x, double y) {
133   return ((x + 0.1234 * y) * (x - 0.1234 * y));
134 }
135
136 Which allows the multiply by constant to be CSE'd, producing:
137
138 _foo:
139         mulsd   LCPI1_0(%rip), %xmm1
140         movapd  %xmm1, %xmm2
141         addsd   %xmm0, %xmm2
142         subsd   %xmm1, %xmm0
143         mulsd   %xmm2, %xmm0
144         ret
145
146 This doesn't need -ffast-math support at all.  This is particularly bad because
147 the llvm-gcc frontend is canonicalizing the later into the former, but clang
148 doesn't have this problem.
149
150 //===---------------------------------------------------------------------===//
151
152 These two functions should generate the same code on big-endian systems:
153
154 int g(int *j,int *l)  {  return memcmp(j,l,4);  }
155 int h(int *j, int *l) {  return *j - *l; }
156
157 this could be done in SelectionDAGISel.cpp, along with other special cases,
158 for 1,2,4,8 bytes.
159
160 //===---------------------------------------------------------------------===//
161
162 It would be nice to revert this patch:
163 http://lists.cs.uiuc.edu/pipermail/llvm-commits/Week-of-Mon-20060213/031986.html
164
165 And teach the dag combiner enough to simplify the code expanded before 
166 legalize.  It seems plausible that this knowledge would let it simplify other
167 stuff too.
168
169 //===---------------------------------------------------------------------===//
170
171 For vector types, TargetData.cpp::getTypeInfo() returns alignment that is equal
172 to the type size. It works but can be overly conservative as the alignment of
173 specific vector types are target dependent.
174
175 //===---------------------------------------------------------------------===//
176
177 We should produce an unaligned load from code like this:
178
179 v4sf example(float *P) {
180   return (v4sf){P[0], P[1], P[2], P[3] };
181 }
182
183 //===---------------------------------------------------------------------===//
184
185 Add support for conditional increments, and other related patterns.  Instead
186 of:
187
188         movl 136(%esp), %eax
189         cmpl $0, %eax
190         je LBB16_2      #cond_next
191 LBB16_1:        #cond_true
192         incl _foo
193 LBB16_2:        #cond_next
194
195 emit:
196         movl    _foo, %eax
197         cmpl    $1, %edi
198         sbbl    $-1, %eax
199         movl    %eax, _foo
200
201 //===---------------------------------------------------------------------===//
202
203 Combine: a = sin(x), b = cos(x) into a,b = sincos(x).
204
205 Expand these to calls of sin/cos and stores:
206       double sincos(double x, double *sin, double *cos);
207       float sincosf(float x, float *sin, float *cos);
208       long double sincosl(long double x, long double *sin, long double *cos);
209
210 Doing so could allow SROA of the destination pointers.  See also:
211 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=17687
212
213 This is now easily doable with MRVs.  We could even make an intrinsic for this
214 if anyone cared enough about sincos.
215
216 //===---------------------------------------------------------------------===//
217
218 quantum_sigma_x in 462.libquantum contains the following loop:
219
220       for(i=0; i<reg->size; i++)
221         {
222           /* Flip the target bit of each basis state */
223           reg->node[i].state ^= ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
224         } 
225
226 Where MAX_UNSIGNED/state is a 64-bit int.  On a 32-bit platform it would be just
227 so cool to turn it into something like:
228
229    long long Res = ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
230    if (target < 32) {
231      for(i=0; i<reg->size; i++)
232        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFFULL;
233    } else {
234      for(i=0; i<reg->size; i++)
235        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFF00000000ULL
236    }
237    
238 ... which would only do one 32-bit XOR per loop iteration instead of two.
239
240 It would also be nice to recognize the reg->size doesn't alias reg->node[i], but
241 this requires TBAA.
242
243 //===---------------------------------------------------------------------===//
244
245 This isn't recognized as bswap by instcombine (yes, it really is bswap):
246
247 unsigned long reverse(unsigned v) {
248     unsigned t;
249     t = v ^ ((v << 16) | (v >> 16));
250     t &= ~0xff0000;
251     v = (v << 24) | (v >> 8);
252     return v ^ (t >> 8);
253 }
254
255 //===---------------------------------------------------------------------===//
256
257 [LOOP DELETION]
258
259 We don't delete this output free loop, because trip count analysis doesn't
260 realize that it is finite (if it were infinite, it would be undefined).  Not
261 having this blocks Loop Idiom from matching strlen and friends.  
262
263 void foo(char *C) {
264   int x = 0;
265   while (*C)
266     ++x,++C;
267 }
268
269 //===---------------------------------------------------------------------===//
270
271 [LOOP RECOGNITION]
272
273 These idioms should be recognized as popcount (see PR1488):
274
275 unsigned countbits_slow(unsigned v) {
276   unsigned c;
277   for (c = 0; v; v >>= 1)
278     c += v & 1;
279   return c;
280 }
281 unsigned countbits_fast(unsigned v){
282   unsigned c;
283   for (c = 0; v; c++)
284     v &= v - 1; // clear the least significant bit set
285   return c;
286 }
287
288 BITBOARD = unsigned long long
289 int PopCnt(register BITBOARD a) {
290   register int c=0;
291   while(a) {
292     c++;
293     a &= a - 1;
294   }
295   return c;
296 }
297 unsigned int popcount(unsigned int input) {
298   unsigned int count = 0;
299   for (unsigned int i =  0; i < 4 * 8; i++)
300     count += (input >> i) & i;
301   return count;
302 }
303
304 This should be recognized as CLZ:  rdar://8459039
305
306 unsigned clz_a(unsigned a) {
307   int i;
308   for (i=0;i<32;i++)
309     if (a & (1<<(31-i)))
310       return i;
311   return 32;
312 }
313
314 This sort of thing should be added to the loop idiom pass.
315
316 //===---------------------------------------------------------------------===//
317
318 These should turn into single 16-bit (unaligned?) loads on little/big endian
319 processors.
320
321 unsigned short read_16_le(const unsigned char *adr) {
322   return adr[0] | (adr[1] << 8);
323 }
324 unsigned short read_16_be(const unsigned char *adr) {
325   return (adr[0] << 8) | adr[1];
326 }
327
328 //===---------------------------------------------------------------------===//
329
330 -instcombine should handle this transform:
331    icmp pred (sdiv X / C1 ), C2
332 when X, C1, and C2 are unsigned.  Similarly for udiv and signed operands. 
333
334 Currently InstCombine avoids this transform but will do it when the signs of
335 the operands and the sign of the divide match. See the FIXME in 
336 InstructionCombining.cpp in the visitSetCondInst method after the switch case 
337 for Instruction::UDiv (around line 4447) for more details.
338
339 The SingleSource/Benchmarks/Shootout-C++/hash and hash2 tests have examples of
340 this construct. 
341
342 //===---------------------------------------------------------------------===//
343
344 [LOOP OPTIMIZATION]
345
346 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c shows several interesting optimization
347 opportunities in its double_array_divs_variable function: it needs loop
348 interchange, memory promotion (which LICM already does), vectorization and
349 variable trip count loop unrolling (since it has a constant trip count). ICC
350 apparently produces this very nice code with -ffast-math:
351
352 ..B1.70:                        # Preds ..B1.70 ..B1.69
353        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
354        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
355        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
356        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
357        addl      $8, %edx                                      #
358        cmpl      $131072, %edx                                 #108.2
359        jb        ..B1.70       # Prob 99%                      #108.2
360
361 It would be better to count down to zero, but this is a lot better than what we
362 do.
363
364 //===---------------------------------------------------------------------===//
365
366 Consider:
367
368 typedef unsigned U32;
369 typedef unsigned long long U64;
370 int test (U32 *inst, U64 *regs) {
371     U64 effective_addr2;
372     U32 temp = *inst;
373     int r1 = (temp >> 20) & 0xf;
374     int b2 = (temp >> 16) & 0xf;
375     effective_addr2 = temp & 0xfff;
376     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
377     b2 = (temp >> 12) & 0xf;
378     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
379     effective_addr2 &= regs[4];
380      if ((effective_addr2 & 3) == 0)
381         return 1;
382     return 0;
383 }
384
385 Note that only the low 2 bits of effective_addr2 are used.  On 32-bit systems,
386 we don't eliminate the computation of the top half of effective_addr2 because
387 we don't have whole-function selection dags.  On x86, this means we use one
388 extra register for the function when effective_addr2 is declared as U64 than
389 when it is declared U32.
390
391 PHI Slicing could be extended to do this.
392
393 //===---------------------------------------------------------------------===//
394
395 Tail call elim should be more aggressive, checking to see if the call is
396 followed by an uncond branch to an exit block.
397
398 ; This testcase is due to tail-duplication not wanting to copy the return
399 ; instruction into the terminating blocks because there was other code
400 ; optimized out of the function after the taildup happened.
401 ; RUN: llvm-as < %s | opt -tailcallelim | llvm-dis | not grep call
402
403 define i32 @t4(i32 %a) {
404 entry:
405         %tmp.1 = and i32 %a, 1          ; <i32> [#uses=1]
406         %tmp.2 = icmp ne i32 %tmp.1, 0          ; <i1> [#uses=1]
407         br i1 %tmp.2, label %then.0, label %else.0
408
409 then.0:         ; preds = %entry
410         %tmp.5 = add i32 %a, -1         ; <i32> [#uses=1]
411         %tmp.3 = call i32 @t4( i32 %tmp.5 )             ; <i32> [#uses=1]
412         br label %return
413
414 else.0:         ; preds = %entry
415         %tmp.7 = icmp ne i32 %a, 0              ; <i1> [#uses=1]
416         br i1 %tmp.7, label %then.1, label %return
417
418 then.1:         ; preds = %else.0
419         %tmp.11 = add i32 %a, -2                ; <i32> [#uses=1]
420         %tmp.9 = call i32 @t4( i32 %tmp.11 )            ; <i32> [#uses=1]
421         br label %return
422
423 return:         ; preds = %then.1, %else.0, %then.0
424         %result.0 = phi i32 [ 0, %else.0 ], [ %tmp.3, %then.0 ],
425                             [ %tmp.9, %then.1 ]
426         ret i32 %result.0
427 }
428
429 //===---------------------------------------------------------------------===//
430
431 Tail recursion elimination should handle:
432
433 int pow2m1(int n) {
434  if (n == 0)
435    return 0;
436  return 2 * pow2m1 (n - 1) + 1;
437 }
438
439 Also, multiplies can be turned into SHL's, so they should be handled as if
440 they were associative.  "return foo() << 1" can be tail recursion eliminated.
441
442 //===---------------------------------------------------------------------===//
443
444 Argument promotion should promote arguments for recursive functions, like 
445 this:
446
447 ; RUN: llvm-as < %s | opt -argpromotion | llvm-dis | grep x.val
448
449 define internal i32 @foo(i32* %x) {
450 entry:
451         %tmp = load i32* %x             ; <i32> [#uses=0]
452         %tmp.foo = call i32 @foo( i32* %x )             ; <i32> [#uses=1]
453         ret i32 %tmp.foo
454 }
455
456 define i32 @bar(i32* %x) {
457 entry:
458         %tmp3 = call i32 @foo( i32* %x )                ; <i32> [#uses=1]
459         ret i32 %tmp3
460 }
461
462 //===---------------------------------------------------------------------===//
463
464 We should investigate an instruction sinking pass.  Consider this silly
465 example in pic mode:
466
467 #include <assert.h>
468 void foo(int x) {
469   assert(x);
470   //...
471 }
472
473 we compile this to:
474 _foo:
475         subl    $28, %esp
476         call    "L1$pb"
477 "L1$pb":
478         popl    %eax
479         cmpl    $0, 32(%esp)
480         je      LBB1_2  # cond_true
481 LBB1_1: # return
482         # ...
483         addl    $28, %esp
484         ret
485 LBB1_2: # cond_true
486 ...
487
488 The PIC base computation (call+popl) is only used on one path through the 
489 code, but is currently always computed in the entry block.  It would be 
490 better to sink the picbase computation down into the block for the 
491 assertion, as it is the only one that uses it.  This happens for a lot of 
492 code with early outs.
493
494 Another example is loads of arguments, which are usually emitted into the 
495 entry block on targets like x86.  If not used in all paths through a 
496 function, they should be sunk into the ones that do.
497
498 In this case, whole-function-isel would also handle this.
499
500 //===---------------------------------------------------------------------===//
501
502 Investigate lowering of sparse switch statements into perfect hash tables:
503 http://burtleburtle.net/bob/hash/perfect.html
504
505 //===---------------------------------------------------------------------===//
506
507 We should turn things like "load+fabs+store" and "load+fneg+store" into the
508 corresponding integer operations.  On a yonah, this loop:
509
510 double a[256];
511 void foo() {
512   int i, b;
513   for (b = 0; b < 10000000; b++)
514   for (i = 0; i < 256; i++)
515     a[i] = -a[i];
516 }
517
518 is twice as slow as this loop:
519
520 long long a[256];
521 void foo() {
522   int i, b;
523   for (b = 0; b < 10000000; b++)
524   for (i = 0; i < 256; i++)
525     a[i] ^= (1ULL << 63);
526 }
527
528 and I suspect other processors are similar.  On X86 in particular this is a
529 big win because doing this with integers allows the use of read/modify/write
530 instructions.
531
532 //===---------------------------------------------------------------------===//
533
534 DAG Combiner should try to combine small loads into larger loads when 
535 profitable.  For example, we compile this C++ example:
536
537 struct THotKey { short Key; bool Control; bool Shift; bool Alt; };
538 extern THotKey m_HotKey;
539 THotKey GetHotKey () { return m_HotKey; }
540
541 into (-m64 -O3 -fno-exceptions -static -fomit-frame-pointer):
542
543 __Z9GetHotKeyv:                         ## @_Z9GetHotKeyv
544         movq    _m_HotKey@GOTPCREL(%rip), %rax
545         movzwl  (%rax), %ecx
546         movzbl  2(%rax), %edx
547         shlq    $16, %rdx
548         orq     %rcx, %rdx
549         movzbl  3(%rax), %ecx
550         shlq    $24, %rcx
551         orq     %rdx, %rcx
552         movzbl  4(%rax), %eax
553         shlq    $32, %rax
554         orq     %rcx, %rax
555         ret
556
557 //===---------------------------------------------------------------------===//
558
559 We should add an FRINT node to the DAG to model targets that have legal
560 implementations of ceil/floor/rint.
561
562 //===---------------------------------------------------------------------===//
563
564 Consider:
565
566 int test() {
567   long long input[8] = {1,0,1,0,1,0,1,0};
568   foo(input);
569 }
570
571 Clang compiles this into:
572
573   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %tmp, i8 0, i64 64, i32 16, i1 false)
574   %0 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 0
575   store i64 1, i64* %0, align 16
576   %1 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 2
577   store i64 1, i64* %1, align 16
578   %2 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 4
579   store i64 1, i64* %2, align 16
580   %3 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 6
581   store i64 1, i64* %3, align 16
582
583 Which gets codegen'd into:
584
585         pxor    %xmm0, %xmm0
586         movaps  %xmm0, -16(%rbp)
587         movaps  %xmm0, -32(%rbp)
588         movaps  %xmm0, -48(%rbp)
589         movaps  %xmm0, -64(%rbp)
590         movq    $1, -64(%rbp)
591         movq    $1, -48(%rbp)
592         movq    $1, -32(%rbp)
593         movq    $1, -16(%rbp)
594
595 It would be better to have 4 movq's of 0 instead of the movaps's.
596
597 //===---------------------------------------------------------------------===//
598
599 http://llvm.org/PR717:
600
601 The following code should compile into "ret int undef". Instead, LLVM
602 produces "ret int 0":
603
604 int f() {
605   int x = 4;
606   int y;
607   if (x == 3) y = 0;
608   return y;
609 }
610
611 //===---------------------------------------------------------------------===//
612
613 The loop unroller should partially unroll loops (instead of peeling them)
614 when code growth isn't too bad and when an unroll count allows simplification
615 of some code within the loop.  One trivial example is:
616
617 #include <stdio.h>
618 int main() {
619     int nRet = 17;
620     int nLoop;
621     for ( nLoop = 0; nLoop < 1000; nLoop++ ) {
622         if ( nLoop & 1 )
623             nRet += 2;
624         else
625             nRet -= 1;
626     }
627     return nRet;
628 }
629
630 Unrolling by 2 would eliminate the '&1' in both copies, leading to a net
631 reduction in code size.  The resultant code would then also be suitable for
632 exit value computation.
633
634 //===---------------------------------------------------------------------===//
635
636 We miss a bunch of rotate opportunities on various targets, including ppc, x86,
637 etc.  On X86, we miss a bunch of 'rotate by variable' cases because the rotate
638 matching code in dag combine doesn't look through truncates aggressively 
639 enough.  Here are some testcases reduces from GCC PR17886:
640
641 unsigned long long f5(unsigned long long x, unsigned long long y) {
642   return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
643 }
644 unsigned long long f6(unsigned long long x, unsigned long long y, int z) {
645   switch(z) {
646   case 1:
647     return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
648   case 2:
649     return (x << 16) | ((y >> 40) & 0xffffull);
650   case 3:
651     return (x << 24) | ((y >> 32) & 0xffffffull);
652   case 4:
653     return (x << 32) | ((y >> 24) & 0xffffffffull);
654   default:
655     return (x << 40) | ((y >> 16) & 0xffffffffffull);
656   }
657 }
658
659 //===---------------------------------------------------------------------===//
660
661 This (and similar related idioms):
662
663 unsigned int foo(unsigned char i) {
664   return i | (i<<8) | (i<<16) | (i<<24);
665
666
667 compiles into:
668
669 define i32 @foo(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
670 entry:
671   %conv = zext i8 %i to i32
672   %shl = shl i32 %conv, 8
673   %shl5 = shl i32 %conv, 16
674   %shl9 = shl i32 %conv, 24
675   %or = or i32 %shl9, %conv
676   %or6 = or i32 %or, %shl5
677   %or10 = or i32 %or6, %shl
678   ret i32 %or10
679 }
680
681 it would be better as:
682
683 unsigned int bar(unsigned char i) {
684   unsigned int j=i | (i << 8); 
685   return j | (j<<16);
686 }
687
688 aka:
689
690 define i32 @bar(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
691 entry:
692   %conv = zext i8 %i to i32
693   %shl = shl i32 %conv, 8
694   %or = or i32 %shl, %conv
695   %shl5 = shl i32 %or, 16
696   %or6 = or i32 %shl5, %or
697   ret i32 %or6
698 }
699
700 or even i*0x01010101, depending on the speed of the multiplier.  The best way to
701 handle this is to canonicalize it to a multiply in IR and have codegen handle
702 lowering multiplies to shifts on cpus where shifts are faster.
703
704 //===---------------------------------------------------------------------===//
705
706 We do a number of simplifications in simplify libcalls to strength reduce
707 standard library functions, but we don't currently merge them together.  For
708 example, it is useful to merge memcpy(a,b,strlen(b)) -> strcpy.  This can only
709 be done safely if "b" isn't modified between the strlen and memcpy of course.
710
711 //===---------------------------------------------------------------------===//
712
713 We compile this program: (from GCC PR11680)
714 http://gcc.gnu.org/bugzilla/attachment.cgi?id=4487
715
716 Into code that runs the same speed in fast/slow modes, but both modes run 2x
717 slower than when compile with GCC (either 4.0 or 4.2):
718
719 $ llvm-g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
720 $ time ./a.out fast
721 1.821u 0.003s 0:01.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
722
723 $ g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
724 $ time ./a.out fast
725 0.821u 0.001s 0:00.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
726
727 It looks like we are making the same inlining decisions, so this may be raw
728 codegen badness or something else (haven't investigated).
729
730 //===---------------------------------------------------------------------===//
731
732 Divisibility by constant can be simplified (according to GCC PR12849) from
733 being a mulhi to being a mul lo (cheaper).  Testcase:
734
735 void bar(unsigned n) {
736   if (n % 3 == 0)
737     true();
738 }
739
740 This is equivalent to the following, where 2863311531 is the multiplicative
741 inverse of 3, and 1431655766 is ((2^32)-1)/3+1:
742 void bar(unsigned n) {
743   if (n * 2863311531U < 1431655766U)
744     true();
745 }
746
747 The same transformation can work with an even modulo with the addition of a
748 rotate: rotate the result of the multiply to the right by the number of bits
749 which need to be zero for the condition to be true, and shrink the compare RHS
750 by the same amount.  Unless the target supports rotates, though, that
751 transformation probably isn't worthwhile.
752
753 The transformation can also easily be made to work with non-zero equality
754 comparisons: just transform, for example, "n % 3 == 1" to "(n-1) % 3 == 0".
755
756 //===---------------------------------------------------------------------===//
757
758 Better mod/ref analysis for scanf would allow us to eliminate the vtable and a
759 bunch of other stuff from this example (see PR1604): 
760
761 #include <cstdio>
762 struct test {
763     int val;
764     virtual ~test() {}
765 };
766
767 int main() {
768     test t;
769     std::scanf("%d", &t.val);
770     std::printf("%d\n", t.val);
771 }
772
773 //===---------------------------------------------------------------------===//
774
775 These functions perform the same computation, but produce different assembly.
776
777 define i8 @select(i8 %x) readnone nounwind {
778   %A = icmp ult i8 %x, 250
779   %B = select i1 %A, i8 0, i8 1
780   ret i8 %B 
781 }
782
783 define i8 @addshr(i8 %x) readnone nounwind {
784   %A = zext i8 %x to i9
785   %B = add i9 %A, 6       ;; 256 - 250 == 6
786   %C = lshr i9 %B, 8
787   %D = trunc i9 %C to i8
788   ret i8 %D
789 }
790
791 //===---------------------------------------------------------------------===//
792
793 From gcc bug 24696:
794 int
795 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
796 {
797   return ((a & (c - 1)) != 0) || ((b & (c - 1)) != 0);
798 }
799 int
800 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
801 {
802   return ((a & (c - 1)) != 0) | ((b & (c - 1)) != 0);
803 }
804 Both should combine to ((a|b) & (c-1)) != 0.  Currently not optimized with
805 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
806
807 //===---------------------------------------------------------------------===//
808
809 From GCC Bug 20192:
810 #define PMD_MASK    (~((1UL << 23) - 1))
811 void clear_pmd_range(unsigned long start, unsigned long end)
812 {
813    if (!(start & ~PMD_MASK) && !(end & ~PMD_MASK))
814        f();
815 }
816 The expression should optimize to something like
817 "!((start|end)&~PMD_MASK). Currently not optimized with "clang
818 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
819
820 //===---------------------------------------------------------------------===//
821
822 unsigned int f(unsigned int i, unsigned int n) {++i; if (i == n) ++i; return
823 i;}
824 unsigned int f2(unsigned int i, unsigned int n) {++i; i += i == n; return i;}
825 These should combine to the same thing.  Currently, the first function
826 produces better code on X86.
827
828 //===---------------------------------------------------------------------===//
829
830 From GCC Bug 15784:
831 #define abs(x) x>0?x:-x
832 int f(int x, int y)
833 {
834  return (abs(x)) >= 0;
835 }
836 This should optimize to x == INT_MIN. (With -fwrapv.)  Currently not
837 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
838
839 //===---------------------------------------------------------------------===//
840
841 From GCC Bug 14753:
842 void
843 rotate_cst (unsigned int a)
844 {
845  a = (a << 10) | (a >> 22);
846  if (a == 123)
847    bar ();
848 }
849 void
850 minus_cst (unsigned int a)
851 {
852  unsigned int tem;
853
854  tem = 20 - a;
855  if (tem == 5)
856    bar ();
857 }
858 void
859 mask_gt (unsigned int a)
860 {
861  /* This is equivalent to a > 15.  */
862  if ((a & ~7) > 8)
863    bar ();
864 }
865 void
866 rshift_gt (unsigned int a)
867 {
868  /* This is equivalent to a > 23.  */
869  if ((a >> 2) > 5)
870    bar ();
871 }
872
873 All should simplify to a single comparison.  All of these are
874 currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt
875 -std-compile-opts".
876
877 //===---------------------------------------------------------------------===//
878
879 From GCC Bug 32605:
880 int c(int* x) {return (char*)x+2 == (char*)x;}
881 Should combine to 0.  Currently not optimized with "clang
882 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts" (although llc can optimize it).
883
884 //===---------------------------------------------------------------------===//
885
886 int a(unsigned b) {return ((b << 31) | (b << 30)) >> 31;}
887 Should be combined to  "((b >> 1) | b) & 1".  Currently not optimized
888 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
889
890 //===---------------------------------------------------------------------===//
891
892 unsigned a(unsigned x, unsigned y) { return x | (y & 1) | (y & 2);}
893 Should combine to "x | (y & 3)".  Currently not optimized with "clang
894 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
895
896 //===---------------------------------------------------------------------===//
897
898 int a(int a, int b, int c) {return (~a & c) | ((c|a) & b);}
899 Should fold to "(~a & c) | (a & b)".  Currently not optimized with
900 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
901
902 //===---------------------------------------------------------------------===//
903
904 int a(int a,int b) {return (~(a|b))|a;}
905 Should fold to "a|~b".  Currently not optimized with "clang
906 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
907
908 //===---------------------------------------------------------------------===//
909
910 int a(int a, int b) {return (a&&b) || (a&&!b);}
911 Should fold to "a".  Currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc
912 | opt -std-compile-opts".
913
914 //===---------------------------------------------------------------------===//
915
916 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (!a&&c);}
917 Should fold to "a ? b : c", or at least something sane.  Currently not
918 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
919
920 //===---------------------------------------------------------------------===//
921
922 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (a&&c) || (a&&b&&c);}
923 Should fold to a && (b || c).  Currently not optimized with "clang
924 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
925
926 //===---------------------------------------------------------------------===//
927
928 int a(int x) {return x | ((x & 8) ^ 8);}
929 Should combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
930 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
931
932 //===---------------------------------------------------------------------===//
933
934 int a(int x) {return x ^ ((x & 8) ^ 8);}
935 Should also combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
936 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
937
938 //===---------------------------------------------------------------------===//
939
940 int a(int x) {return ((x | -9) ^ 8) & x;}
941 Should combine to x & -9.  Currently not optimized with "clang
942 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
943
944 //===---------------------------------------------------------------------===//
945
946 unsigned a(unsigned a) {return a * 0x11111111 >> 28 & 1;}
947 Should combine to "a * 0x88888888 >> 31".  Currently not optimized
948 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
949
950 //===---------------------------------------------------------------------===//
951
952 unsigned a(char* x) {if ((*x & 32) == 0) return b();}
953 There's an unnecessary zext in the generated code with "clang
954 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
955
956 //===---------------------------------------------------------------------===//
957
958 unsigned a(unsigned long long x) {return 40 * (x >> 1);}
959 Should combine to "20 * (((unsigned)x) & -2)".  Currently not
960 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
961
962 //===---------------------------------------------------------------------===//
963
964 This was noticed in the entryblock for grokdeclarator in 403.gcc:
965
966         %tmp = icmp eq i32 %decl_context, 4          
967         %decl_context_addr.0 = select i1 %tmp, i32 3, i32 %decl_context 
968         %tmp1 = icmp eq i32 %decl_context_addr.0, 1 
969         %decl_context_addr.1 = select i1 %tmp1, i32 0, i32 %decl_context_addr.0
970
971 tmp1 should be simplified to something like:
972   (!tmp || decl_context == 1)
973
974 This allows recursive simplifications, tmp1 is used all over the place in
975 the function, e.g. by:
976
977         %tmp23 = icmp eq i32 %decl_context_addr.1, 0            ; <i1> [#uses=1]
978         %tmp24 = xor i1 %tmp1, true             ; <i1> [#uses=1]
979         %or.cond8 = and i1 %tmp23, %tmp24               ; <i1> [#uses=1]
980
981 later.
982
983 //===---------------------------------------------------------------------===//
984
985 [STORE SINKING]
986
987 Store sinking: This code:
988
989 void f (int n, int *cond, int *res) {
990     int i;
991     *res = 0;
992     for (i = 0; i < n; i++)
993         if (*cond)
994             *res ^= 234; /* (*) */
995 }
996
997 On this function GVN hoists the fully redundant value of *res, but nothing
998 moves the store out.  This gives us this code:
999
1000 bb:             ; preds = %bb2, %entry
1001         %.rle = phi i32 [ 0, %entry ], [ %.rle6, %bb2 ] 
1002         %i.05 = phi i32 [ 0, %entry ], [ %indvar.next, %bb2 ]
1003         %1 = load i32* %cond, align 4
1004         %2 = icmp eq i32 %1, 0
1005         br i1 %2, label %bb2, label %bb1
1006
1007 bb1:            ; preds = %bb
1008         %3 = xor i32 %.rle, 234 
1009         store i32 %3, i32* %res, align 4
1010         br label %bb2
1011
1012 bb2:            ; preds = %bb, %bb1
1013         %.rle6 = phi i32 [ %3, %bb1 ], [ %.rle, %bb ]   
1014         %indvar.next = add i32 %i.05, 1 
1015         %exitcond = icmp eq i32 %indvar.next, %n
1016         br i1 %exitcond, label %return, label %bb
1017
1018 DSE should sink partially dead stores to get the store out of the loop.
1019
1020 Here's another partial dead case:
1021 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12395
1022
1023 //===---------------------------------------------------------------------===//
1024
1025 Scalar PRE hoists the mul in the common block up to the else:
1026
1027 int test (int a, int b, int c, int g) {
1028   int d, e;
1029   if (a)
1030     d = b * c;
1031   else
1032     d = b - c;
1033   e = b * c + g;
1034   return d + e;
1035 }
1036
1037 It would be better to do the mul once to reduce codesize above the if.
1038 This is GCC PR38204.
1039
1040
1041 //===---------------------------------------------------------------------===//
1042 This simple function from 179.art:
1043
1044 int winner, numf2s;
1045 struct { double y; int   reset; } *Y;
1046
1047 void find_match() {
1048    int i;
1049    winner = 0;
1050    for (i=0;i<numf2s;i++)
1051        if (Y[i].y > Y[winner].y)
1052               winner =i;
1053 }
1054
1055 Compiles into (with clang TBAA):
1056
1057 for.body:                                         ; preds = %for.inc, %bb.nph
1058   %indvar = phi i64 [ 0, %bb.nph ], [ %indvar.next, %for.inc ]
1059   %i.01718 = phi i32 [ 0, %bb.nph ], [ %i.01719, %for.inc ]
1060   %tmp4 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %indvar, i32 0
1061   %tmp5 = load double* %tmp4, align 8, !tbaa !4
1062   %idxprom7 = sext i32 %i.01718 to i64
1063   %tmp10 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %idxprom7, i32 0
1064   %tmp11 = load double* %tmp10, align 8, !tbaa !4
1065   %cmp12 = fcmp ogt double %tmp5, %tmp11
1066   br i1 %cmp12, label %if.then, label %for.inc
1067
1068 if.then:                                          ; preds = %for.body
1069   %i.017 = trunc i64 %indvar to i32
1070   br label %for.inc
1071
1072 for.inc:                                          ; preds = %for.body, %if.then
1073   %i.01719 = phi i32 [ %i.01718, %for.body ], [ %i.017, %if.then ]
1074   %indvar.next = add i64 %indvar, 1
1075   %exitcond = icmp eq i64 %indvar.next, %tmp22
1076   br i1 %exitcond, label %for.cond.for.end_crit_edge, label %for.body
1077
1078
1079 It is good that we hoisted the reloads of numf2's, and Y out of the loop and
1080 sunk the store to winner out.
1081
1082 However, this is awful on several levels: the conditional truncate in the loop
1083 (-indvars at fault? why can't we completely promote the IV to i64?).
1084
1085 Beyond that, we have a partially redundant load in the loop: if "winner" (aka 
1086 %i.01718) isn't updated, we reload Y[winner].y the next time through the loop.
1087 Similarly, the addressing that feeds it (including the sext) is redundant. In
1088 the end we get this generated assembly:
1089
1090 LBB0_2:                                 ## %for.body
1091                                         ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
1092         movsd   (%rdi), %xmm0
1093         movslq  %edx, %r8
1094         shlq    $4, %r8
1095         ucomisd (%rcx,%r8), %xmm0
1096         jbe     LBB0_4
1097         movl    %esi, %edx
1098 LBB0_4:                                 ## %for.inc
1099         addq    $16, %rdi
1100         incq    %rsi
1101         cmpq    %rsi, %rax
1102         jne     LBB0_2
1103
1104 All things considered this isn't too bad, but we shouldn't need the movslq or
1105 the shlq instruction, or the load folded into ucomisd every time through the
1106 loop.
1107
1108 On an x86-specific topic, if the loop can't be restructure, the movl should be a
1109 cmov.
1110
1111 //===---------------------------------------------------------------------===//
1112
1113 [STORE SINKING]
1114
1115 GCC PR37810 is an interesting case where we should sink load/store reload
1116 into the if block and outside the loop, so we don't reload/store it on the
1117 non-call path.
1118
1119 for () {
1120   *P += 1;
1121   if ()
1122     call();
1123   else
1124     ...
1125 ->
1126 tmp = *P
1127 for () {
1128   tmp += 1;
1129   if () {
1130     *P = tmp;
1131     call();
1132     tmp = *P;
1133   } else ...
1134 }
1135 *P = tmp;
1136
1137 We now hoist the reload after the call (Transforms/GVN/lpre-call-wrap.ll), but
1138 we don't sink the store.  We need partially dead store sinking.
1139
1140 //===---------------------------------------------------------------------===//
1141
1142 [LOAD PRE CRIT EDGE SPLITTING]
1143
1144 GCC PR37166: Sinking of loads prevents SROA'ing the "g" struct on the stack
1145 leading to excess stack traffic. This could be handled by GVN with some crazy
1146 symbolic phi translation.  The code we get looks like (g is on the stack):
1147
1148 bb2:            ; preds = %bb1
1149 ..
1150         %9 = getelementptr %struct.f* %g, i32 0, i32 0          
1151         store i32 %8, i32* %9, align  bel %bb3
1152
1153 bb3:            ; preds = %bb1, %bb2, %bb
1154         %c_addr.0 = phi %struct.f* [ %g, %bb2 ], [ %c, %bb ], [ %c, %bb1 ]
1155         %b_addr.0 = phi %struct.f* [ %b, %bb2 ], [ %g, %bb ], [ %b, %bb1 ]
1156         %10 = getelementptr %struct.f* %c_addr.0, i32 0, i32 0
1157         %11 = load i32* %10, align 4
1158
1159 %11 is partially redundant, an in BB2 it should have the value %8.
1160
1161 GCC PR33344 and PR35287 are similar cases.
1162
1163
1164 //===---------------------------------------------------------------------===//
1165
1166 [LOAD PRE]
1167
1168 There are many load PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/loadpre* in the
1169 GCC testsuite, ones we don't get yet are (checked through loadpre25):
1170
1171 [CRIT EDGE BREAKING]
1172 loadpre3.c predcom-4.c
1173
1174 [PRE OF READONLY CALL]
1175 loadpre5.c
1176
1177 [TURN SELECT INTO BRANCH]
1178 loadpre14.c loadpre15.c 
1179
1180 actually a conditional increment: loadpre18.c loadpre19.c
1181
1182 //===---------------------------------------------------------------------===//
1183
1184 [LOAD PRE / STORE SINKING / SPEC HACK]
1185
1186 This is a chunk of code from 456.hmmer:
1187
1188 int f(int M, int *mc, int *mpp, int *tpmm, int *ip, int *tpim, int *dpp,
1189      int *tpdm, int xmb, int *bp, int *ms) {
1190  int k, sc;
1191  for (k = 1; k <= M; k++) {
1192      mc[k] = mpp[k-1]   + tpmm[k-1];
1193      if ((sc = ip[k-1]  + tpim[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1194      if ((sc = dpp[k-1] + tpdm[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1195      if ((sc = xmb  + bp[k])         > mc[k])  mc[k] = sc;
1196      mc[k] += ms[k];
1197    }
1198 }
1199
1200 It is very profitable for this benchmark to turn the conditional stores to mc[k]
1201 into a conditional move (select instr in IR) and allow the final store to do the
1202 store.  See GCC PR27313 for more details.  Note that this is valid to xform even
1203 with the new C++ memory model, since mc[k] is previously loaded and later
1204 stored.
1205
1206 //===---------------------------------------------------------------------===//
1207
1208 [SCALAR PRE]
1209 There are many PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/ssa-pre-*.c in the
1210 GCC testsuite.
1211
1212 //===---------------------------------------------------------------------===//
1213
1214 There are some interesting cases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/pred-comm* in the
1215 GCC testsuite.  For example, we get the first example in predcom-1.c, but 
1216 miss the second one:
1217
1218 unsigned fib[1000];
1219 unsigned avg[1000];
1220
1221 __attribute__ ((noinline))
1222 void count_averages(int n) {
1223   int i;
1224   for (i = 1; i < n; i++)
1225     avg[i] = (((unsigned long) fib[i - 1] + fib[i] + fib[i + 1]) / 3) & 0xffff;
1226 }
1227
1228 which compiles into two loads instead of one in the loop.
1229
1230 predcom-2.c is the same as predcom-1.c
1231
1232 predcom-3.c is very similar but needs loads feeding each other instead of
1233 store->load.
1234
1235
1236 //===---------------------------------------------------------------------===//
1237
1238 [ALIAS ANALYSIS]
1239
1240 Type based alias analysis:
1241 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=14705
1242
1243 We should do better analysis of posix_memalign.  At the least it should
1244 no-capture its pointer argument, at best, we should know that the out-value
1245 result doesn't point to anything (like malloc).  One example of this is in
1246 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c
1247
1248 //===---------------------------------------------------------------------===//
1249
1250 Interesting missed case because of control flow flattening (should be 2 loads):
1251 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=26629
1252 With: llvm-gcc t2.c -S -o - -O0 -emit-llvm | llvm-as | 
1253              opt -mem2reg -gvn -instcombine | llvm-dis
1254 we miss it because we need 1) CRIT EDGE 2) MULTIPLE DIFFERENT
1255 VALS PRODUCED BY ONE BLOCK OVER DIFFERENT PATHS
1256
1257 //===---------------------------------------------------------------------===//
1258
1259 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=19633
1260 We could eliminate the branch condition here, loading from null is undefined:
1261
1262 struct S { int w, x, y, z; };
1263 struct T { int r; struct S s; };
1264 void bar (struct S, int);
1265 void foo (int a, struct T b)
1266 {
1267   struct S *c = 0;
1268   if (a)
1269     c = &b.s;
1270   bar (*c, a);
1271 }
1272
1273 //===---------------------------------------------------------------------===//
1274
1275 simplifylibcalls should do several optimizations for strspn/strcspn:
1276
1277 strcspn(x, "a") -> inlined loop for up to 3 letters (similarly for strspn):
1278
1279 size_t __strcspn_c3 (__const char *__s, int __reject1, int __reject2,
1280                      int __reject3) {
1281   register size_t __result = 0;
1282   while (__s[__result] != '\0' && __s[__result] != __reject1 &&
1283          __s[__result] != __reject2 && __s[__result] != __reject3)
1284     ++__result;
1285   return __result;
1286 }
1287
1288 This should turn into a switch on the character.  See PR3253 for some notes on
1289 codegen.
1290
1291 456.hmmer apparently uses strcspn and strspn a lot.  471.omnetpp uses strspn.
1292
1293 //===---------------------------------------------------------------------===//
1294
1295 simplifylibcalls should turn these snprintf idioms into memcpy (GCC PR47917)
1296
1297 char buf1[6], buf2[6], buf3[4], buf4[4];
1298 int i;
1299
1300 int foo (void) {
1301   int ret = snprintf (buf1, sizeof buf1, "abcde");
1302   ret += snprintf (buf2, sizeof buf2, "abcdef") * 16;
1303   ret += snprintf (buf3, sizeof buf3, "%s", i++ < 6 ? "abc" : "def") * 256;
1304   ret += snprintf (buf4, sizeof buf4, "%s", i++ > 10 ? "abcde" : "defgh")*4096;
1305   return ret;
1306 }
1307
1308 //===---------------------------------------------------------------------===//
1309
1310 "gas" uses this idiom:
1311   else if (strchr ("+-/*%|&^:[]()~", *intel_parser.op_string))
1312 ..
1313   else if (strchr ("<>", *intel_parser.op_string)
1314
1315 Those should be turned into a switch.
1316
1317 //===---------------------------------------------------------------------===//
1318
1319 252.eon contains this interesting code:
1320
1321         %3072 = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 0
1322         %3073 = call i8* @strcpy(i8* %3072, i8* %3071) nounwind
1323         %strlen = call i32 @strlen(i8* %3072)    ; uses = 1
1324         %endptr = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 %strlen
1325         call void @llvm.memcpy.i32(i8* %endptr, 
1326           i8* getelementptr ([5 x i8]* @"\01LC42", i32 0, i32 0), i32 5, i32 1)
1327         %3074 = call i32 @strlen(i8* %endptr) nounwind readonly 
1328         
1329 This is interesting for a couple reasons.  First, in this:
1330
1331 The memcpy+strlen strlen can be replaced with:
1332
1333         %3074 = call i32 @strlen([5 x i8]* @"\01LC42") nounwind readonly 
1334
1335 Because the destination was just copied into the specified memory buffer.  This,
1336 in turn, can be constant folded to "4".
1337
1338 In other code, it contains:
1339
1340         %endptr6978 = bitcast i8* %endptr69 to i32*            
1341         store i32 7107374, i32* %endptr6978, align 1
1342         %3167 = call i32 @strlen(i8* %endptr69) nounwind readonly    
1343
1344 Which could also be constant folded.  Whatever is producing this should probably
1345 be fixed to leave this as a memcpy from a string.
1346
1347 Further, eon also has an interesting partially redundant strlen call:
1348
1349 bb8:            ; preds = %_ZN18eonImageCalculatorC1Ev.exit
1350         %682 = getelementptr i8** %argv, i32 6          ; <i8**> [#uses=2]
1351         %683 = load i8** %682, align 4          ; <i8*> [#uses=4]
1352         %684 = load i8* %683, align 1           ; <i8> [#uses=1]
1353         %685 = icmp eq i8 %684, 0               ; <i1> [#uses=1]
1354         br i1 %685, label %bb10, label %bb9
1355
1356 bb9:            ; preds = %bb8
1357         %686 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1358         %687 = icmp ugt i32 %686, 254           ; <i1> [#uses=1]
1359         br i1 %687, label %bb10, label %bb11
1360
1361 bb10:           ; preds = %bb9, %bb8
1362         %688 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1363
1364 This could be eliminated by doing the strlen once in bb8, saving code size and
1365 improving perf on the bb8->9->10 path.
1366
1367 //===---------------------------------------------------------------------===//
1368
1369 I see an interesting fully redundant call to strlen left in 186.crafty:InputMove
1370 which looks like:
1371        %movetext11 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 0 
1372  
1373
1374 bb62:           ; preds = %bb55, %bb53
1375         %promote.0 = phi i32 [ %169, %bb55 ], [ 0, %bb53 ]             
1376         %171 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1377         %172 = add i32 %171, -1         ; <i32> [#uses=1]
1378         %173 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 %172       
1379
1380 ...  no stores ...
1381        br i1 %or.cond, label %bb65, label %bb72
1382
1383 bb65:           ; preds = %bb62
1384         store i8 0, i8* %173, align 1
1385         br label %bb72
1386
1387 bb72:           ; preds = %bb65, %bb62
1388         %trank.1 = phi i32 [ %176, %bb65 ], [ -1, %bb62 ]            
1389         %177 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1390
1391 Note that on the bb62->bb72 path, that the %177 strlen call is partially
1392 redundant with the %171 call.  At worst, we could shove the %177 strlen call
1393 up into the bb65 block moving it out of the bb62->bb72 path.   However, note
1394 that bb65 stores to the string, zeroing out the last byte.  This means that on
1395 that path the value of %177 is actually just %171-1.  A sub is cheaper than a
1396 strlen!
1397
1398 This pattern repeats several times, basically doing:
1399
1400   A = strlen(P);
1401   P[A-1] = 0;
1402   B = strlen(P);
1403   where it is "obvious" that B = A-1.
1404
1405 //===---------------------------------------------------------------------===//
1406
1407 186.crafty has this interesting pattern with the "out.4543" variable:
1408
1409 call void @llvm.memcpy.i32(
1410         i8* getelementptr ([10 x i8]* @out.4543, i32 0, i32 0),
1411        i8* getelementptr ([7 x i8]* @"\01LC28700", i32 0, i32 0), i32 7, i32 1) 
1412 %101 = call@printf(i8* ...   @out.4543, i32 0, i32 0)) nounwind 
1413
1414 It is basically doing:
1415
1416   memcpy(globalarray, "string");
1417   printf(...,  globalarray);
1418   
1419 Anyway, by knowing that printf just reads the memory and forward substituting
1420 the string directly into the printf, this eliminates reads from globalarray.
1421 Since this pattern occurs frequently in crafty (due to the "DisplayTime" and
1422 other similar functions) there are many stores to "out".  Once all the printfs
1423 stop using "out", all that is left is the memcpy's into it.  This should allow
1424 globalopt to remove the "stored only" global.
1425
1426 //===---------------------------------------------------------------------===//
1427
1428 This code:
1429
1430 define inreg i32 @foo(i8* inreg %p) nounwind {
1431   %tmp0 = load i8* %p
1432   %tmp1 = ashr i8 %tmp0, 5
1433   %tmp2 = sext i8 %tmp1 to i32
1434   ret i32 %tmp2
1435 }
1436
1437 could be dagcombine'd to a sign-extending load with a shift.
1438 For example, on x86 this currently gets this:
1439
1440         movb    (%eax), %al
1441         sarb    $5, %al
1442         movsbl  %al, %eax
1443
1444 while it could get this:
1445
1446         movsbl  (%eax), %eax
1447         sarl    $5, %eax
1448
1449 //===---------------------------------------------------------------------===//
1450
1451 GCC PR31029:
1452
1453 int test(int x) { return 1-x == x; }     // --> return false
1454 int test2(int x) { return 2-x == x; }    // --> return x == 1 ?
1455
1456 Always foldable for odd constants, what is the rule for even?
1457
1458 //===---------------------------------------------------------------------===//
1459
1460 PR 3381: GEP to field of size 0 inside a struct could be turned into GEP
1461 for next field in struct (which is at same address).
1462
1463 For example: store of float into { {{}}, float } could be turned into a store to
1464 the float directly.
1465
1466 //===---------------------------------------------------------------------===//
1467
1468 The arg promotion pass should make use of nocapture to make its alias analysis
1469 stuff much more precise.
1470
1471 //===---------------------------------------------------------------------===//
1472
1473 The following functions should be optimized to use a select instead of a
1474 branch (from gcc PR40072):
1475
1476 char char_int(int m) {if(m>7) return 0; return m;}
1477 int int_char(char m) {if(m>7) return 0; return m;}
1478
1479 //===---------------------------------------------------------------------===//
1480
1481 int func(int a, int b) { if (a & 0x80) b |= 0x80; else b &= ~0x80; return b; }
1482
1483 Generates this:
1484
1485 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1486 entry:
1487   %0 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1488   %1 = icmp eq i32 %0, 0                          ; <i1> [#uses=1]
1489   %2 = or i32 %b, 128                             ; <i32> [#uses=1]
1490   %3 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1491   %b_addr.0 = select i1 %1, i32 %3, i32 %2        ; <i32> [#uses=1]
1492   ret i32 %b_addr.0
1493 }
1494
1495 However, it's functionally equivalent to:
1496
1497          b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1498
1499 Which generates this:
1500
1501 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1502 entry:
1503   %0 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1504   %1 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1505   %2 = or i32 %0, %1                              ; <i32> [#uses=1]
1506   ret i32 %2
1507 }
1508
1509 This can be generalized for other forms:
1510
1511      b = (b & ~0x80) | (a & 0x40) << 1;
1512
1513 //===---------------------------------------------------------------------===//
1514
1515 These two functions produce different code. They shouldn't:
1516
1517 #include <stdint.h>
1518  
1519 uint8_t p1(uint8_t b, uint8_t a) {
1520   b = (b & ~0xc0) | (a & 0xc0);
1521   return (b);
1522 }
1523  
1524 uint8_t p2(uint8_t b, uint8_t a) {
1525   b = (b & ~0x40) | (a & 0x40);
1526   b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1527   return (b);
1528 }
1529
1530 define zeroext i8 @p1(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1531 entry:
1532   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1533   %1 = and i8 %a, -64                             ; <i8> [#uses=1]
1534   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1535   ret i8 %2
1536 }
1537
1538 define zeroext i8 @p2(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1539 entry:
1540   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1541   %.masked = and i8 %a, 64                        ; <i8> [#uses=1]
1542   %1 = and i8 %a, -128                            ; <i8> [#uses=1]
1543   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1544   %3 = or i8 %2, %.masked                         ; <i8> [#uses=1]
1545   ret i8 %3
1546 }
1547
1548 //===---------------------------------------------------------------------===//
1549
1550 IPSCCP does not currently propagate argument dependent constants through
1551 functions where it does not not all of the callers.  This includes functions
1552 with normal external linkage as well as templates, C99 inline functions etc.
1553 Specifically, it does nothing to:
1554
1555 define i32 @test(i32 %x, i32 %y, i32 %z) nounwind {
1556 entry:
1557   %0 = add nsw i32 %y, %z                         
1558   %1 = mul i32 %0, %x                             
1559   %2 = mul i32 %y, %z                             
1560   %3 = add nsw i32 %1, %2                         
1561   ret i32 %3
1562 }
1563
1564 define i32 @test2() nounwind {
1565 entry:
1566   %0 = call i32 @test(i32 1, i32 2, i32 4) nounwind
1567   ret i32 %0
1568 }
1569
1570 It would be interesting extend IPSCCP to be able to handle simple cases like
1571 this, where all of the arguments to a call are constant.  Because IPSCCP runs
1572 before inlining, trivial templates and inline functions are not yet inlined.
1573 The results for a function + set of constant arguments should be memoized in a
1574 map.
1575
1576 //===---------------------------------------------------------------------===//
1577
1578 The libcall constant folding stuff should be moved out of SimplifyLibcalls into
1579 libanalysis' constantfolding logic.  This would allow IPSCCP to be able to
1580 handle simple things like this:
1581
1582 static int foo(const char *X) { return strlen(X); }
1583 int bar() { return foo("abcd"); }
1584
1585 //===---------------------------------------------------------------------===//
1586
1587 functionattrs doesn't know much about memcpy/memset.  This function should be
1588 marked readnone rather than readonly, since it only twiddles local memory, but
1589 functionattrs doesn't handle memset/memcpy/memmove aggressively:
1590
1591 struct X { int *p; int *q; };
1592 int foo() {
1593  int i = 0, j = 1;
1594  struct X x, y;
1595  int **p;
1596  y.p = &i;
1597  x.q = &j;
1598  p = __builtin_memcpy (&x, &y, sizeof (int *));
1599  return **p;
1600 }
1601
1602 This can be seen at:
1603 $ clang t.c -S -o - -mkernel -O0 -emit-llvm | opt -functionattrs -S
1604
1605
1606 //===---------------------------------------------------------------------===//
1607
1608 Missed instcombine transformation:
1609 define i1 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1610 entry:
1611   %cmp = icmp eq i32 %x, 30
1612   %sub = add i32 %x, -30
1613   %cmp2 = icmp ugt i32 %sub, 9
1614   %or = or i1 %cmp, %cmp2
1615   ret i1 %or
1616 }
1617 This should be optimized to a single compare.  Testcase derived from gcc.
1618
1619 //===---------------------------------------------------------------------===//
1620
1621 Missed instcombine or reassociate transformation:
1622 int a(int a, int b) { return (a==12)&(b>47)&(b<58); }
1623
1624 The sgt and slt should be combined into a single comparison. Testcase derived
1625 from gcc.
1626
1627 //===---------------------------------------------------------------------===//
1628
1629 Missed instcombine transformation:
1630
1631   %382 = srem i32 %tmp14.i, 64                    ; [#uses=1]
1632   %383 = zext i32 %382 to i64                     ; [#uses=1]
1633   %384 = shl i64 %381, %383                       ; [#uses=1]
1634   %385 = icmp slt i32 %tmp14.i, 64                ; [#uses=1]
1635
1636 The srem can be transformed to an and because if %tmp14.i is negative, the
1637 shift is undefined.  Testcase derived from 403.gcc.
1638
1639 //===---------------------------------------------------------------------===//
1640
1641 This is a range comparison on a divided result (from 403.gcc):
1642
1643   %1337 = sdiv i32 %1336, 8                       ; [#uses=1]
1644   %.off.i208 = add i32 %1336, 7                   ; [#uses=1]
1645   %1338 = icmp ult i32 %.off.i208, 15             ; [#uses=1]
1646   
1647 We already catch this (removing the sdiv) if there isn't an add, we should
1648 handle the 'add' as well.  This is a common idiom with it's builtin_alloca code.
1649 C testcase:
1650
1651 int a(int x) { return (unsigned)(x/16+7) < 15; }
1652
1653 Another similar case involves truncations on 64-bit targets:
1654
1655   %361 = sdiv i64 %.046, 8                        ; [#uses=1]
1656   %362 = trunc i64 %361 to i32                    ; [#uses=2]
1657 ...
1658   %367 = icmp eq i32 %362, 0                      ; [#uses=1]
1659
1660 //===---------------------------------------------------------------------===//
1661
1662 Missed instcombine/dagcombine transformation:
1663 define void @lshift_lt(i8 zeroext %a) nounwind {
1664 entry:
1665   %conv = zext i8 %a to i32
1666   %shl = shl i32 %conv, 3
1667   %cmp = icmp ult i32 %shl, 33
1668   br i1 %cmp, label %if.then, label %if.end
1669
1670 if.then:
1671   tail call void @bar() nounwind
1672   ret void
1673
1674 if.end:
1675   ret void
1676 }
1677 declare void @bar() nounwind
1678
1679 The shift should be eliminated.  Testcase derived from gcc.
1680
1681 //===---------------------------------------------------------------------===//
1682
1683 These compile into different code, one gets recognized as a switch and the
1684 other doesn't due to phase ordering issues (PR6212):
1685
1686 int test1(int mainType, int subType) {
1687   if (mainType == 7)
1688     subType = 4;
1689   else if (mainType == 9)
1690     subType = 6;
1691   else if (mainType == 11)
1692     subType = 9;
1693   return subType;
1694 }
1695
1696 int test2(int mainType, int subType) {
1697   if (mainType == 7)
1698     subType = 4;
1699   if (mainType == 9)
1700     subType = 6;
1701   if (mainType == 11)
1702     subType = 9;
1703   return subType;
1704 }
1705
1706 //===---------------------------------------------------------------------===//
1707
1708 The following test case (from PR6576):
1709
1710 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1711 entry:
1712  %cond1 = icmp eq i32 %b, 0                      ; <i1> [#uses=1]
1713  br i1 %cond1, label %exit, label %bb.nph
1714 bb.nph:                                           ; preds = %entry
1715  %tmp = mul i32 %b, %a                           ; <i32> [#uses=1]
1716  ret i32 %tmp
1717 exit:                                             ; preds = %entry
1718  ret i32 0
1719 }
1720
1721 could be reduced to:
1722
1723 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1724 entry:
1725  %tmp = mul i32 %b, %a
1726  ret i32 %tmp
1727 }
1728
1729 //===---------------------------------------------------------------------===//
1730
1731 We should use DSE + llvm.lifetime.end to delete dead vtable pointer updates.
1732 See GCC PR34949
1733
1734 Another interesting case is that something related could be used for variables
1735 that go const after their ctor has finished.  In these cases, globalopt (which
1736 can statically run the constructor) could mark the global const (so it gets put
1737 in the readonly section).  A testcase would be:
1738
1739 #include <complex>
1740 using namespace std;
1741 const complex<char> should_be_in_rodata (42,-42);
1742 complex<char> should_be_in_data (42,-42);
1743 complex<char> should_be_in_bss;
1744
1745 Where we currently evaluate the ctors but the globals don't become const because
1746 the optimizer doesn't know they "become const" after the ctor is done.  See
1747 GCC PR4131 for more examples.
1748
1749 //===---------------------------------------------------------------------===//
1750
1751 In this code:
1752
1753 long foo(long x) {
1754   return x > 1 ? x : 1;
1755 }
1756
1757 LLVM emits a comparison with 1 instead of 0. 0 would be equivalent
1758 and cheaper on most targets.
1759
1760 LLVM prefers comparisons with zero over non-zero in general, but in this
1761 case it choses instead to keep the max operation obvious.
1762
1763 //===---------------------------------------------------------------------===//
1764
1765 define void @a(i32 %x) nounwind {
1766 entry:
1767   switch i32 %x, label %if.end [
1768     i32 0, label %if.then
1769     i32 1, label %if.then
1770     i32 2, label %if.then
1771     i32 3, label %if.then
1772     i32 5, label %if.then
1773   ]
1774 if.then:
1775   tail call void @foo() nounwind
1776   ret void
1777 if.end:
1778   ret void
1779 }
1780 declare void @foo()
1781
1782 Generated code on x86-64 (other platforms give similar results):
1783 a:
1784         cmpl    $5, %edi
1785         ja      LBB2_2
1786         cmpl    $4, %edi
1787         jne     LBB2_3
1788 .LBB0_2:
1789         ret
1790 .LBB0_3:
1791         jmp     foo  # TAILCALL
1792
1793 If we wanted to be really clever, we could simplify the whole thing to
1794 something like the following, which eliminates a branch:
1795         xorl    $1, %edi
1796         cmpl    $4, %edi
1797         ja      .LBB0_2
1798         ret
1799 .LBB0_2:
1800         jmp     foo  # TAILCALL
1801
1802 //===---------------------------------------------------------------------===//
1803
1804 We compile this:
1805
1806 int foo(int a) { return (a & (~15)) / 16; }
1807
1808 Into:
1809
1810 define i32 @foo(i32 %a) nounwind readnone ssp {
1811 entry:
1812   %and = and i32 %a, -16
1813   %div = sdiv i32 %and, 16
1814   ret i32 %div
1815 }
1816
1817 but this code (X & -A)/A is X >> log2(A) when A is a power of 2, so this case
1818 should be instcombined into just "a >> 4".
1819
1820 We do get this at the codegen level, so something knows about it, but 
1821 instcombine should catch it earlier:
1822
1823 _foo:                                   ## @foo
1824 ## BB#0:                                ## %entry
1825         movl    %edi, %eax
1826         sarl    $4, %eax
1827         ret
1828
1829 //===---------------------------------------------------------------------===//
1830
1831 This code (from GCC PR28685):
1832
1833 int test(int a, int b) {
1834   int lt = a < b;
1835   int eq = a == b;
1836   if (lt)
1837     return 1;
1838   return eq;
1839 }
1840
1841 Is compiled to:
1842
1843 define i32 @test(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1844 entry:
1845   %cmp = icmp slt i32 %a, %b
1846   br i1 %cmp, label %return, label %if.end
1847
1848 if.end:                                           ; preds = %entry
1849   %cmp5 = icmp eq i32 %a, %b
1850   %conv6 = zext i1 %cmp5 to i32
1851   ret i32 %conv6
1852
1853 return:                                           ; preds = %entry
1854   ret i32 1
1855 }
1856
1857 it could be:
1858
1859 define i32 @test__(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1860 entry:
1861   %0 = icmp sle i32 %a, %b
1862   %retval = zext i1 %0 to i32
1863   ret i32 %retval
1864 }
1865
1866 //===---------------------------------------------------------------------===//
1867
1868 This code can be seen in viterbi:
1869
1870   %64 = call noalias i8* @malloc(i64 %62) nounwind
1871 ...
1872   %67 = call i64 @llvm.objectsize.i64(i8* %64, i1 false) nounwind
1873   %68 = call i8* @__memset_chk(i8* %64, i32 0, i64 %62, i64 %67) nounwind
1874
1875 llvm.objectsize.i64 should be taught about malloc/calloc, allowing it to
1876 fold to %62.  This is a security win (overflows of malloc will get caught)
1877 and also a performance win by exposing more memsets to the optimizer.
1878
1879 This occurs several times in viterbi.
1880
1881 Note that this would change the semantics of @llvm.objectsize which by its
1882 current definition always folds to a constant. We also should make sure that
1883 we remove checking in code like
1884
1885   char *p = malloc(strlen(s)+1);
1886   __strcpy_chk(p, s, __builtin_objectsize(p, 0));
1887
1888 //===---------------------------------------------------------------------===//
1889
1890 This code (from Benchmarks/Dhrystone/dry.c):
1891
1892 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1893 entry:
1894   %sext = shl i32 %0, 24
1895   %conv = ashr i32 %sext, 24
1896   %sext6 = shl i32 %1, 24
1897   %conv4 = ashr i32 %sext6, 24
1898   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1899   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1900   ret i32 %.
1901 }
1902
1903 Should be simplified into something like:
1904
1905 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1906 entry:
1907   %sext = shl i32 %0, 24
1908   %conv = and i32 %sext, 0xFF000000
1909   %sext6 = shl i32 %1, 24
1910   %conv4 = and i32 %sext6, 0xFF000000
1911   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1912   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1913   ret i32 %.
1914 }
1915
1916 and then to:
1917
1918 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1919 entry:
1920   %conv = and i32 %0, 0xFF
1921   %conv4 = and i32 %1, 0xFF
1922   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1923   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1924   ret i32 %.
1925 }
1926 //===---------------------------------------------------------------------===//
1927
1928 clang -O3 currently compiles this code
1929
1930 int g(unsigned int a) {
1931   unsigned int c[100];
1932   c[10] = a;
1933   c[11] = a;
1934   unsigned int b = c[10] + c[11];
1935   if(b > a*2) a = 4;
1936   else a = 8;
1937   return a + 7;
1938 }
1939
1940 into
1941
1942 define i32 @g(i32 a) nounwind readnone {
1943   %add = shl i32 %a, 1
1944   %mul = shl i32 %a, 1
1945   %cmp = icmp ugt i32 %add, %mul
1946   %a.addr.0 = select i1 %cmp, i32 11, i32 15
1947   ret i32 %a.addr.0
1948 }
1949
1950 The icmp should fold to false. This CSE opportunity is only available
1951 after GVN and InstCombine have run.
1952
1953 //===---------------------------------------------------------------------===//
1954
1955 memcpyopt should turn this:
1956
1957 define i8* @test10(i32 %x) {
1958   %alloc = call noalias i8* @malloc(i32 %x) nounwind
1959   call void @llvm.memset.p0i8.i32(i8* %alloc, i8 0, i32 %x, i32 1, i1 false)
1960   ret i8* %alloc
1961 }
1962
1963 into a call to calloc.  We should make sure that we analyze calloc as
1964 aggressively as malloc though.
1965
1966 //===---------------------------------------------------------------------===//
1967
1968 clang -O3 doesn't optimize this:
1969
1970 void f1(int* begin, int* end) {
1971   std::fill(begin, end, 0);
1972 }
1973
1974 into a memset.  This is PR8942.
1975
1976 //===---------------------------------------------------------------------===//
1977
1978 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
1979
1980 void f(int N) {
1981   std::vector<int> v(N);
1982
1983   extern void sink(void*); sink(&v);
1984 }
1985
1986 into
1987
1988 define void @_Z1fi(i32 %N) nounwind {
1989 entry:
1990   %v2 = alloca [3 x i32*], align 8
1991   %v2.sub = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 0
1992   %tmpcast = bitcast [3 x i32*]* %v2 to %"class.std::vector"*
1993   %conv = sext i32 %N to i64
1994   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
1995   %tmp3.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 1
1996   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
1997   %tmp4.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 2
1998   store i32* null, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
1999   %cmp.i.i.i.i = icmp eq i32 %N, 0
2000   br i1 %cmp.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i, label %cond.true.i.i.i.i
2001
2002 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i: ; preds = %entry
2003   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2004   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2005   %add.ptr.i5.i.i = getelementptr inbounds i32* null, i64 %conv
2006   store i32* %add.ptr.i5.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2007   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2008
2009 cond.true.i.i.i.i:                                ; preds = %entry
2010   %cmp.i.i.i.i.i = icmp slt i32 %N, 0
2011   br i1 %cmp.i.i.i.i.i, label %if.then.i.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i
2012
2013 if.then.i.i.i.i.i:                                ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2014   call void @_ZSt17__throw_bad_allocv() noreturn nounwind
2015   unreachable
2016
2017 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i:    ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2018   %mul.i.i.i.i.i = shl i64 %conv, 2
2019   %call3.i.i.i.i.i = call noalias i8* @_Znwm(i64 %mul.i.i.i.i.i) nounwind
2020   %0 = bitcast i8* %call3.i.i.i.i.i to i32*
2021   store i32* %0, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2022   store i32* %0, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2023   %add.ptr.i.i.i = getelementptr inbounds i32* %0, i64 %conv
2024   store i32* %add.ptr.i.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2025   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %call3.i.i.i.i.i, i8 0, i64 %mul.i.i.i.i.i, i32 4, i1 false)
2026   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2027
2028 This is just the handling the construction of the vector. Most surprising here
2029 is the fact that all three null stores in %entry are dead (because we do no
2030 cross-block DSE).
2031
2032 Also surprising is that %conv isn't simplified to 0 in %....exit.thread.i.i.
2033 This is a because the client of LazyValueInfo doesn't simplify all instruction
2034 operands, just selected ones.
2035
2036 //===---------------------------------------------------------------------===//
2037
2038 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2039
2040 void f(char* a, int n) {
2041   __builtin_memset(a, 0, n);
2042   for (int i = 0; i < n; ++i)
2043     a[i] = 0;
2044 }
2045
2046 into:
2047
2048 define void @_Z1fPci(i8* nocapture %a, i32 %n) nounwind {
2049 entry:
2050   %conv = sext i32 %n to i64
2051   tail call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %conv, i32 1, i1 false)
2052   %cmp8 = icmp sgt i32 %n, 0
2053   br i1 %cmp8, label %for.body.lr.ph, label %for.end
2054
2055 for.body.lr.ph:                                   ; preds = %entry
2056   %tmp10 = add i32 %n, -1
2057   %tmp11 = zext i32 %tmp10 to i64
2058   %tmp12 = add i64 %tmp11, 1
2059   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %tmp12, i32 1, i1 false)
2060   ret void
2061
2062 for.end:                                          ; preds = %entry
2063   ret void
2064 }
2065
2066 This shouldn't need the ((zext (%n - 1)) + 1) game, and it should ideally fold
2067 the two memset's together.
2068
2069 The issue with the addition only occurs in 64-bit mode, and appears to be at
2070 least partially caused by Scalar Evolution not keeping its cache updated: it
2071 returns the "wrong" result immediately after indvars runs, but figures out the
2072 expected result if it is run from scratch on IR resulting from running indvars.
2073
2074 //===---------------------------------------------------------------------===//
2075
2076 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2077
2078 struct S {
2079   unsigned short m1, m2;
2080   unsigned char m3, m4;
2081 };
2082
2083 void f(int N) {
2084   std::vector<S> v(N);
2085   extern void sink(void*); sink(&v);
2086 }
2087
2088 into poor code for zero-initializing 'v' when N is >0. The problem is that
2089 S is only 6 bytes, but each element is 8 byte-aligned. We generate a loop and
2090 4 stores on each iteration. If the struct were 8 bytes, this gets turned into
2091 a memset.
2092
2093 In order to handle this we have to:
2094   A) Teach clang to generate metadata for memsets of structs that have holes in
2095      them.
2096   B) Teach clang to use such a memset for zero init of this struct (since it has
2097      a hole), instead of doing elementwise zeroing.
2098
2099 //===---------------------------------------------------------------------===//
2100
2101 clang -O3 currently compiles this code:
2102
2103 extern const int magic;
2104 double f() { return 0.0 * magic; }
2105
2106 into
2107
2108 @magic = external constant i32
2109
2110 define double @_Z1fv() nounwind readnone {
2111 entry:
2112   %tmp = load i32* @magic, align 4, !tbaa !0
2113   %conv = sitofp i32 %tmp to double
2114   %mul = fmul double %conv, 0.000000e+00
2115   ret double %mul
2116 }
2117
2118 We should be able to fold away this fmul to 0.0.  More generally, fmul(x,0.0)
2119 can be folded to 0.0 if we can prove that the LHS is not -0.0, not a NaN, and
2120 not an INF.  The CannotBeNegativeZero predicate in value tracking should be
2121 extended to support general "fpclassify" operations that can return 
2122 yes/no/unknown for each of these predicates.
2123
2124 In this predicate, we know that uitofp is trivially never NaN or -0.0, and
2125 we know that it isn't +/-Inf if the floating point type has enough exponent bits
2126 to represent the largest integer value as < inf.
2127
2128 //===---------------------------------------------------------------------===//
2129
2130 When optimizing a transformation that can change the sign of 0.0 (such as the
2131 0.0*val -> 0.0 transformation above), it might be provable that the sign of the
2132 expression doesn't matter.  For example, by the above rules, we can't transform
2133 fmul(sitofp(x), 0.0) into 0.0, because x might be -1 and the result of the
2134 expression is defined to be -0.0.
2135
2136 If we look at the uses of the fmul for example, we might be able to prove that
2137 all uses don't care about the sign of zero.  For example, if we have:
2138
2139   fadd(fmul(sitofp(x), 0.0), 2.0)
2140
2141 Since we know that x+2.0 doesn't care about the sign of any zeros in X, we can
2142 transform the fmul to 0.0, and then the fadd to 2.0.
2143
2144 //===---------------------------------------------------------------------===//
2145
2146 We should enhance memcpy/memcpy/memset to allow a metadata node on them
2147 indicating that some bytes of the transfer are undefined.  This is useful for
2148 frontends like clang when lowering struct copies, when some elements of the
2149 struct are undefined.  Consider something like this:
2150
2151 struct x {
2152   char a;
2153   int b[4];
2154 };
2155 void foo(struct x*P);
2156 struct x testfunc() {
2157   struct x V1, V2;
2158   foo(&V1);
2159   V2 = V1;
2160
2161   return V2;
2162 }
2163
2164 We currently compile this to:
2165 $ clang t.c -S -o - -O0 -emit-llvm | opt -scalarrepl -S
2166
2167
2168 %struct.x = type { i8, [4 x i32] }
2169
2170 define void @testfunc(%struct.x* sret %agg.result) nounwind ssp {
2171 entry:
2172   %V1 = alloca %struct.x, align 4
2173   call void @foo(%struct.x* %V1)
2174   %tmp1 = bitcast %struct.x* %V1 to i8*
2175   %0 = bitcast %struct.x* %V1 to i160*
2176   %srcval1 = load i160* %0, align 4
2177   %tmp2 = bitcast %struct.x* %agg.result to i8*
2178   %1 = bitcast %struct.x* %agg.result to i160*
2179   store i160 %srcval1, i160* %1, align 4
2180   ret void
2181 }
2182
2183 This happens because SRoA sees that the temp alloca has is being memcpy'd into
2184 and out of and it has holes and it has to be conservative.  If we knew about the
2185 holes, then this could be much much better.
2186
2187 Having information about these holes would also improve memcpy (etc) lowering at
2188 llc time when it gets inlined, because we can use smaller transfers.  This also
2189 avoids partial register stalls in some important cases.
2190
2191 //===---------------------------------------------------------------------===//
2192
2193 We don't fold (icmp (add) (add)) unless the two adds only have a single use.
2194 There are a lot of cases that we're refusing to fold in (e.g.) 256.bzip2, for
2195 example:
2196
2197  %indvar.next90 = add i64 %indvar89, 1     ;; Has 2 uses
2198  %tmp96 = add i64 %tmp95, 1                ;; Has 1 use
2199  %exitcond97 = icmp eq i64 %indvar.next90, %tmp96
2200
2201 We don't fold this because we don't want to introduce an overlapped live range
2202 of the ivar.  However if we can make this more aggressive without causing
2203 performance issues in two ways:
2204
2205 1. If *either* the LHS or RHS has a single use, we can definitely do the
2206    transformation.  In the overlapping liverange case we're trading one register
2207    use for one fewer operation, which is a reasonable trade.  Before doing this
2208    we should verify that the llc output actually shrinks for some benchmarks.
2209 2. If both ops have multiple uses, we can still fold it if the operations are
2210    both sinkable to *after* the icmp (e.g. in a subsequent block) which doesn't
2211    increase register pressure.
2212
2213 There are a ton of icmp's we aren't simplifying because of the reg pressure
2214 concern.  Care is warranted here though because many of these are induction
2215 variables and other cases that matter a lot to performance, like the above.
2216 Here's a blob of code that you can drop into the bottom of visitICmp to see some
2217 missed cases:
2218
2219   { Value *A, *B, *C, *D;
2220     if (match(Op0, m_Add(m_Value(A), m_Value(B))) && 
2221         match(Op1, m_Add(m_Value(C), m_Value(D))) &&
2222         (A == C || A == D || B == C || B == D)) {
2223       errs() << "OP0 = " << *Op0 << "  U=" << Op0->getNumUses() << "\n";
2224       errs() << "OP1 = " << *Op1 << "  U=" << Op1->getNumUses() << "\n";
2225       errs() << "CMP = " << I << "\n\n";
2226     }
2227   }
2228
2229 //===---------------------------------------------------------------------===//
2230
2231 define i1 @test1(i32 %x) nounwind {
2232   %and = and i32 %x, 3
2233   %cmp = icmp ult i32 %and, 2
2234   ret i1 %cmp
2235 }
2236
2237 Can be folded to (x & 2) == 0.
2238
2239 define i1 @test2(i32 %x) nounwind {
2240   %and = and i32 %x, 3
2241   %cmp = icmp ugt i32 %and, 1
2242   ret i1 %cmp
2243 }
2244
2245 Can be folded to (x & 2) != 0.
2246
2247 SimplifyDemandedBits shrinks the "and" constant to 2 but instcombine misses the
2248 icmp transform.
2249
2250 //===---------------------------------------------------------------------===//
2251
2252 This code:
2253
2254 typedef struct {
2255 int f1:1;
2256 int f2:1;
2257 int f3:1;
2258 int f4:29;
2259 } t1;
2260
2261 typedef struct {
2262 int f1:1;
2263 int f2:1;
2264 int f3:30;
2265 } t2;
2266
2267 t1 s1;
2268 t2 s2;
2269
2270 void func1(void)
2271 {
2272 s1.f1 = s2.f1;
2273 s1.f2 = s2.f2;
2274 }
2275
2276 Compiles into this IR (on x86-64 at least):
2277
2278 %struct.t1 = type { i8, [3 x i8] }
2279 @s2 = global %struct.t1 zeroinitializer, align 4
2280 @s1 = global %struct.t1 zeroinitializer, align 4
2281 define void @func1() nounwind ssp noredzone {
2282 entry:
2283   %0 = load i32* bitcast (%struct.t1* @s2 to i32*), align 4
2284   %bf.val.sext5 = and i32 %0, 1
2285   %1 = load i32* bitcast (%struct.t1* @s1 to i32*), align 4
2286   %2 = and i32 %1, -4
2287   %3 = or i32 %2, %bf.val.sext5
2288   %bf.val.sext26 = and i32 %0, 2
2289   %4 = or i32 %3, %bf.val.sext26
2290   store i32 %4, i32* bitcast (%struct.t1* @s1 to i32*), align 4
2291   ret void
2292 }
2293
2294 The two or/and's should be merged into one each.
2295
2296 //===---------------------------------------------------------------------===//
2297
2298 Machine level code hoisting can be useful in some cases.  For example, PR9408
2299 is about:
2300
2301 typedef union {
2302  void (*f1)(int);
2303  void (*f2)(long);
2304 } funcs;
2305
2306 void foo(funcs f, int which) {
2307  int a = 5;
2308  if (which) {
2309    f.f1(a);
2310  } else {
2311    f.f2(a);
2312  }
2313 }
2314
2315 which we compile to:
2316
2317 foo:                                    # @foo
2318 # BB#0:                                 # %entry
2319        pushq   %rbp
2320        movq    %rsp, %rbp
2321        testl   %esi, %esi
2322        movq    %rdi, %rax
2323        je      .LBB0_2
2324 # BB#1:                                 # %if.then
2325        movl    $5, %edi
2326        callq   *%rax
2327        popq    %rbp
2328        ret
2329 .LBB0_2:                                # %if.else
2330        movl    $5, %edi
2331        callq   *%rax
2332        popq    %rbp
2333        ret
2334
2335 Note that bb1 and bb2 are the same.  This doesn't happen at the IR level
2336 because one call is passing an i32 and the other is passing an i64.
2337
2338 //===---------------------------------------------------------------------===//
2339
2340 I see this sort of pattern in 176.gcc in a few places (e.g. the start of
2341 store_bit_field).  The rem should be replaced with a multiply and subtract:
2342
2343   %3 = sdiv i32 %A, %B
2344   %4 = srem i32 %A, %B
2345
2346 Similarly for udiv/urem.  Note that this shouldn't be done on X86 or ARM,
2347 which can do this in a single operation (instruction or libcall).  It is
2348 probably best to do this in the code generator.
2349
2350 //===---------------------------------------------------------------------===//
2351
2352 unsigned foo(unsigned x, unsigned y) { return (x & y) == 0 || x == 0; }
2353 should fold to (x & y) == 0.
2354
2355 //===---------------------------------------------------------------------===//
2356
2357 unsigned foo(unsigned x, unsigned y) { return x > y && x != 0; }
2358 should fold to x > y.
2359
2360 //===---------------------------------------------------------------------===//