Add a few missed xforms from GCC PR14753
[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 RECOGNITION]
258
259 These idioms should be recognized as popcount (see PR1488):
260
261 unsigned countbits_slow(unsigned v) {
262   unsigned c;
263   for (c = 0; v; v >>= 1)
264     c += v & 1;
265   return c;
266 }
267 unsigned countbits_fast(unsigned v){
268   unsigned c;
269   for (c = 0; v; c++)
270     v &= v - 1; // clear the least significant bit set
271   return c;
272 }
273
274 BITBOARD = unsigned long long
275 int PopCnt(register BITBOARD a) {
276   register int c=0;
277   while(a) {
278     c++;
279     a &= a - 1;
280   }
281   return c;
282 }
283 unsigned int popcount(unsigned int input) {
284   unsigned int count = 0;
285   for (unsigned int i =  0; i < 4 * 8; i++)
286     count += (input >> i) & i;
287   return count;
288 }
289
290 This sort of thing should be added to the loop idiom pass.
291
292 //===---------------------------------------------------------------------===//
293
294 These should turn into single 16-bit (unaligned?) loads on little/big endian
295 processors.
296
297 unsigned short read_16_le(const unsigned char *adr) {
298   return adr[0] | (adr[1] << 8);
299 }
300 unsigned short read_16_be(const unsigned char *adr) {
301   return (adr[0] << 8) | adr[1];
302 }
303
304 //===---------------------------------------------------------------------===//
305
306 -instcombine should handle this transform:
307    icmp pred (sdiv X / C1 ), C2
308 when X, C1, and C2 are unsigned.  Similarly for udiv and signed operands. 
309
310 Currently InstCombine avoids this transform but will do it when the signs of
311 the operands and the sign of the divide match. See the FIXME in 
312 InstructionCombining.cpp in the visitSetCondInst method after the switch case 
313 for Instruction::UDiv (around line 4447) for more details.
314
315 The SingleSource/Benchmarks/Shootout-C++/hash and hash2 tests have examples of
316 this construct. 
317
318 //===---------------------------------------------------------------------===//
319
320 [LOOP OPTIMIZATION]
321
322 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c shows several interesting optimization
323 opportunities in its double_array_divs_variable function: it needs loop
324 interchange, memory promotion (which LICM already does), vectorization and
325 variable trip count loop unrolling (since it has a constant trip count). ICC
326 apparently produces this very nice code with -ffast-math:
327
328 ..B1.70:                        # Preds ..B1.70 ..B1.69
329        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
330        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
331        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
332        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
333        addl      $8, %edx                                      #
334        cmpl      $131072, %edx                                 #108.2
335        jb        ..B1.70       # Prob 99%                      #108.2
336
337 It would be better to count down to zero, but this is a lot better than what we
338 do.
339
340 //===---------------------------------------------------------------------===//
341
342 Consider:
343
344 typedef unsigned U32;
345 typedef unsigned long long U64;
346 int test (U32 *inst, U64 *regs) {
347     U64 effective_addr2;
348     U32 temp = *inst;
349     int r1 = (temp >> 20) & 0xf;
350     int b2 = (temp >> 16) & 0xf;
351     effective_addr2 = temp & 0xfff;
352     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
353     b2 = (temp >> 12) & 0xf;
354     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
355     effective_addr2 &= regs[4];
356      if ((effective_addr2 & 3) == 0)
357         return 1;
358     return 0;
359 }
360
361 Note that only the low 2 bits of effective_addr2 are used.  On 32-bit systems,
362 we don't eliminate the computation of the top half of effective_addr2 because
363 we don't have whole-function selection dags.  On x86, this means we use one
364 extra register for the function when effective_addr2 is declared as U64 than
365 when it is declared U32.
366
367 PHI Slicing could be extended to do this.
368
369 //===---------------------------------------------------------------------===//
370
371 LSR should know what GPR types a target has from TargetData.  This code:
372
373 volatile short X, Y; // globals
374
375 void foo(int N) {
376   int i;
377   for (i = 0; i < N; i++) { X = i; Y = i*4; }
378 }
379
380 produces two near identical IV's (after promotion) on PPC/ARM:
381
382 LBB1_2:
383         ldr r3, LCPI1_0
384         ldr r3, [r3]
385         strh r2, [r3]
386         ldr r3, LCPI1_1
387         ldr r3, [r3]
388         strh r1, [r3]
389         add r1, r1, #4
390         add r2, r2, #1   <- [0,+,1]
391         sub r0, r0, #1   <- [0,-,1]
392         cmp r0, #0
393         bne LBB1_2
394
395 LSR should reuse the "+" IV for the exit test.
396
397 //===---------------------------------------------------------------------===//
398
399 Tail call elim should be more aggressive, checking to see if the call is
400 followed by an uncond branch to an exit block.
401
402 ; This testcase is due to tail-duplication not wanting to copy the return
403 ; instruction into the terminating blocks because there was other code
404 ; optimized out of the function after the taildup happened.
405 ; RUN: llvm-as < %s | opt -tailcallelim | llvm-dis | not grep call
406
407 define i32 @t4(i32 %a) {
408 entry:
409         %tmp.1 = and i32 %a, 1          ; <i32> [#uses=1]
410         %tmp.2 = icmp ne i32 %tmp.1, 0          ; <i1> [#uses=1]
411         br i1 %tmp.2, label %then.0, label %else.0
412
413 then.0:         ; preds = %entry
414         %tmp.5 = add i32 %a, -1         ; <i32> [#uses=1]
415         %tmp.3 = call i32 @t4( i32 %tmp.5 )             ; <i32> [#uses=1]
416         br label %return
417
418 else.0:         ; preds = %entry
419         %tmp.7 = icmp ne i32 %a, 0              ; <i1> [#uses=1]
420         br i1 %tmp.7, label %then.1, label %return
421
422 then.1:         ; preds = %else.0
423         %tmp.11 = add i32 %a, -2                ; <i32> [#uses=1]
424         %tmp.9 = call i32 @t4( i32 %tmp.11 )            ; <i32> [#uses=1]
425         br label %return
426
427 return:         ; preds = %then.1, %else.0, %then.0
428         %result.0 = phi i32 [ 0, %else.0 ], [ %tmp.3, %then.0 ],
429                             [ %tmp.9, %then.1 ]
430         ret i32 %result.0
431 }
432
433 //===---------------------------------------------------------------------===//
434
435 Tail recursion elimination should handle:
436
437 int pow2m1(int n) {
438  if (n == 0)
439    return 0;
440  return 2 * pow2m1 (n - 1) + 1;
441 }
442
443 Also, multiplies can be turned into SHL's, so they should be handled as if
444 they were associative.  "return foo() << 1" can be tail recursion eliminated.
445
446 //===---------------------------------------------------------------------===//
447
448 Argument promotion should promote arguments for recursive functions, like 
449 this:
450
451 ; RUN: llvm-as < %s | opt -argpromotion | llvm-dis | grep x.val
452
453 define internal i32 @foo(i32* %x) {
454 entry:
455         %tmp = load i32* %x             ; <i32> [#uses=0]
456         %tmp.foo = call i32 @foo( i32* %x )             ; <i32> [#uses=1]
457         ret i32 %tmp.foo
458 }
459
460 define i32 @bar(i32* %x) {
461 entry:
462         %tmp3 = call i32 @foo( i32* %x )                ; <i32> [#uses=1]
463         ret i32 %tmp3
464 }
465
466 //===---------------------------------------------------------------------===//
467
468 We should investigate an instruction sinking pass.  Consider this silly
469 example in pic mode:
470
471 #include <assert.h>
472 void foo(int x) {
473   assert(x);
474   //...
475 }
476
477 we compile this to:
478 _foo:
479         subl    $28, %esp
480         call    "L1$pb"
481 "L1$pb":
482         popl    %eax
483         cmpl    $0, 32(%esp)
484         je      LBB1_2  # cond_true
485 LBB1_1: # return
486         # ...
487         addl    $28, %esp
488         ret
489 LBB1_2: # cond_true
490 ...
491
492 The PIC base computation (call+popl) is only used on one path through the 
493 code, but is currently always computed in the entry block.  It would be 
494 better to sink the picbase computation down into the block for the 
495 assertion, as it is the only one that uses it.  This happens for a lot of 
496 code with early outs.
497
498 Another example is loads of arguments, which are usually emitted into the 
499 entry block on targets like x86.  If not used in all paths through a 
500 function, they should be sunk into the ones that do.
501
502 In this case, whole-function-isel would also handle this.
503
504 //===---------------------------------------------------------------------===//
505
506 Investigate lowering of sparse switch statements into perfect hash tables:
507 http://burtleburtle.net/bob/hash/perfect.html
508
509 //===---------------------------------------------------------------------===//
510
511 We should turn things like "load+fabs+store" and "load+fneg+store" into the
512 corresponding integer operations.  On a yonah, this loop:
513
514 double a[256];
515 void foo() {
516   int i, b;
517   for (b = 0; b < 10000000; b++)
518   for (i = 0; i < 256; i++)
519     a[i] = -a[i];
520 }
521
522 is twice as slow as this loop:
523
524 long long a[256];
525 void foo() {
526   int i, b;
527   for (b = 0; b < 10000000; b++)
528   for (i = 0; i < 256; i++)
529     a[i] ^= (1ULL << 63);
530 }
531
532 and I suspect other processors are similar.  On X86 in particular this is a
533 big win because doing this with integers allows the use of read/modify/write
534 instructions.
535
536 //===---------------------------------------------------------------------===//
537
538 DAG Combiner should try to combine small loads into larger loads when 
539 profitable.  For example, we compile this C++ example:
540
541 struct THotKey { short Key; bool Control; bool Shift; bool Alt; };
542 extern THotKey m_HotKey;
543 THotKey GetHotKey () { return m_HotKey; }
544
545 into (-m64 -O3 -fno-exceptions -static -fomit-frame-pointer):
546
547 __Z9GetHotKeyv:                         ## @_Z9GetHotKeyv
548         movq    _m_HotKey@GOTPCREL(%rip), %rax
549         movzwl  (%rax), %ecx
550         movzbl  2(%rax), %edx
551         shlq    $16, %rdx
552         orq     %rcx, %rdx
553         movzbl  3(%rax), %ecx
554         shlq    $24, %rcx
555         orq     %rdx, %rcx
556         movzbl  4(%rax), %eax
557         shlq    $32, %rax
558         orq     %rcx, %rax
559         ret
560
561 //===---------------------------------------------------------------------===//
562
563 We should add an FRINT node to the DAG to model targets that have legal
564 implementations of ceil/floor/rint.
565
566 //===---------------------------------------------------------------------===//
567
568 Consider:
569
570 int test() {
571   long long input[8] = {1,0,1,0,1,0,1,0};
572   foo(input);
573 }
574
575 Clang compiles this into:
576
577   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %tmp, i8 0, i64 64, i32 16, i1 false)
578   %0 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 0
579   store i64 1, i64* %0, align 16
580   %1 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 2
581   store i64 1, i64* %1, align 16
582   %2 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 4
583   store i64 1, i64* %2, align 16
584   %3 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 6
585   store i64 1, i64* %3, align 16
586
587 Which gets codegen'd into:
588
589         pxor    %xmm0, %xmm0
590         movaps  %xmm0, -16(%rbp)
591         movaps  %xmm0, -32(%rbp)
592         movaps  %xmm0, -48(%rbp)
593         movaps  %xmm0, -64(%rbp)
594         movq    $1, -64(%rbp)
595         movq    $1, -48(%rbp)
596         movq    $1, -32(%rbp)
597         movq    $1, -16(%rbp)
598
599 It would be better to have 4 movq's of 0 instead of the movaps's.
600
601 //===---------------------------------------------------------------------===//
602
603 http://llvm.org/PR717:
604
605 The following code should compile into "ret int undef". Instead, LLVM
606 produces "ret int 0":
607
608 int f() {
609   int x = 4;
610   int y;
611   if (x == 3) y = 0;
612   return y;
613 }
614
615 //===---------------------------------------------------------------------===//
616
617 The loop unroller should partially unroll loops (instead of peeling them)
618 when code growth isn't too bad and when an unroll count allows simplification
619 of some code within the loop.  One trivial example is:
620
621 #include <stdio.h>
622 int main() {
623     int nRet = 17;
624     int nLoop;
625     for ( nLoop = 0; nLoop < 1000; nLoop++ ) {
626         if ( nLoop & 1 )
627             nRet += 2;
628         else
629             nRet -= 1;
630     }
631     return nRet;
632 }
633
634 Unrolling by 2 would eliminate the '&1' in both copies, leading to a net
635 reduction in code size.  The resultant code would then also be suitable for
636 exit value computation.
637
638 //===---------------------------------------------------------------------===//
639
640 We miss a bunch of rotate opportunities on various targets, including ppc, x86,
641 etc.  On X86, we miss a bunch of 'rotate by variable' cases because the rotate
642 matching code in dag combine doesn't look through truncates aggressively 
643 enough.  Here are some testcases reduces from GCC PR17886:
644
645 unsigned long long f5(unsigned long long x, unsigned long long y) {
646   return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
647 }
648 unsigned long long f6(unsigned long long x, unsigned long long y, int z) {
649   switch(z) {
650   case 1:
651     return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
652   case 2:
653     return (x << 16) | ((y >> 40) & 0xffffull);
654   case 3:
655     return (x << 24) | ((y >> 32) & 0xffffffull);
656   case 4:
657     return (x << 32) | ((y >> 24) & 0xffffffffull);
658   default:
659     return (x << 40) | ((y >> 16) & 0xffffffffffull);
660   }
661 }
662
663 //===---------------------------------------------------------------------===//
664
665 This (and similar related idioms):
666
667 unsigned int foo(unsigned char i) {
668   return i | (i<<8) | (i<<16) | (i<<24);
669
670
671 compiles into:
672
673 define i32 @foo(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
674 entry:
675   %conv = zext i8 %i to i32
676   %shl = shl i32 %conv, 8
677   %shl5 = shl i32 %conv, 16
678   %shl9 = shl i32 %conv, 24
679   %or = or i32 %shl9, %conv
680   %or6 = or i32 %or, %shl5
681   %or10 = or i32 %or6, %shl
682   ret i32 %or10
683 }
684
685 it would be better as:
686
687 unsigned int bar(unsigned char i) {
688   unsigned int j=i | (i << 8); 
689   return j | (j<<16);
690 }
691
692 aka:
693
694 define i32 @bar(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
695 entry:
696   %conv = zext i8 %i to i32
697   %shl = shl i32 %conv, 8
698   %or = or i32 %shl, %conv
699   %shl5 = shl i32 %or, 16
700   %or6 = or i32 %shl5, %or
701   ret i32 %or6
702 }
703
704 or even i*0x01010101, depending on the speed of the multiplier.  The best way to
705 handle this is to canonicalize it to a multiply in IR and have codegen handle
706 lowering multiplies to shifts on cpus where shifts are faster.
707
708 //===---------------------------------------------------------------------===//
709
710 We do a number of simplifications in simplify libcalls to strength reduce
711 standard library functions, but we don't currently merge them together.  For
712 example, it is useful to merge memcpy(a,b,strlen(b)) -> strcpy.  This can only
713 be done safely if "b" isn't modified between the strlen and memcpy of course.
714
715 //===---------------------------------------------------------------------===//
716
717 We compile this program: (from GCC PR11680)
718 http://gcc.gnu.org/bugzilla/attachment.cgi?id=4487
719
720 Into code that runs the same speed in fast/slow modes, but both modes run 2x
721 slower than when compile with GCC (either 4.0 or 4.2):
722
723 $ llvm-g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
724 $ time ./a.out fast
725 1.821u 0.003s 0:01.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
726
727 $ g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
728 $ time ./a.out fast
729 0.821u 0.001s 0:00.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
730
731 It looks like we are making the same inlining decisions, so this may be raw
732 codegen badness or something else (haven't investigated).
733
734 //===---------------------------------------------------------------------===//
735
736 Divisibility by constant can be simplified (according to GCC PR12849) from
737 being a mulhi to being a mul lo (cheaper).  Testcase:
738
739 void bar(unsigned n) {
740   if (n % 3 == 0)
741     true();
742 }
743
744 This is equivalent to the following, where 2863311531 is the multiplicative
745 inverse of 3, and 1431655766 is ((2^32)-1)/3+1:
746 void bar(unsigned n) {
747   if (n * 2863311531U < 1431655766U)
748     true();
749 }
750
751 The same transformation can work with an even modulo with the addition of a
752 rotate: rotate the result of the multiply to the right by the number of bits
753 which need to be zero for the condition to be true, and shrink the compare RHS
754 by the same amount.  Unless the target supports rotates, though, that
755 transformation probably isn't worthwhile.
756
757 The transformation can also easily be made to work with non-zero equality
758 comparisons: just transform, for example, "n % 3 == 1" to "(n-1) % 3 == 0".
759
760 //===---------------------------------------------------------------------===//
761
762 Better mod/ref analysis for scanf would allow us to eliminate the vtable and a
763 bunch of other stuff from this example (see PR1604): 
764
765 #include <cstdio>
766 struct test {
767     int val;
768     virtual ~test() {}
769 };
770
771 int main() {
772     test t;
773     std::scanf("%d", &t.val);
774     std::printf("%d\n", t.val);
775 }
776
777 //===---------------------------------------------------------------------===//
778
779 These functions perform the same computation, but produce different assembly.
780
781 define i8 @select(i8 %x) readnone nounwind {
782   %A = icmp ult i8 %x, 250
783   %B = select i1 %A, i8 0, i8 1
784   ret i8 %B 
785 }
786
787 define i8 @addshr(i8 %x) readnone nounwind {
788   %A = zext i8 %x to i9
789   %B = add i9 %A, 6       ;; 256 - 250 == 6
790   %C = lshr i9 %B, 8
791   %D = trunc i9 %C to i8
792   ret i8 %D
793 }
794
795 //===---------------------------------------------------------------------===//
796
797 From gcc bug 24696:
798 int
799 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
800 {
801   return ((a & (c - 1)) != 0) || ((b & (c - 1)) != 0);
802 }
803 int
804 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
805 {
806   return ((a & (c - 1)) != 0) | ((b & (c - 1)) != 0);
807 }
808 Both should combine to ((a|b) & (c-1)) != 0.  Currently not optimized with
809 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
810
811 //===---------------------------------------------------------------------===//
812
813 From GCC Bug 20192:
814 #define PMD_MASK    (~((1UL << 23) - 1))
815 void clear_pmd_range(unsigned long start, unsigned long end)
816 {
817    if (!(start & ~PMD_MASK) && !(end & ~PMD_MASK))
818        f();
819 }
820 The expression should optimize to something like
821 "!((start|end)&~PMD_MASK). Currently not optimized with "clang
822 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
823
824 //===---------------------------------------------------------------------===//
825
826 unsigned int f(unsigned int i, unsigned int n) {++i; if (i == n) ++i; return
827 i;}
828 unsigned int f2(unsigned int i, unsigned int n) {++i; i += i == n; return i;}
829 These should combine to the same thing.  Currently, the first function
830 produces better code on X86.
831
832 //===---------------------------------------------------------------------===//
833
834 From GCC Bug 15784:
835 #define abs(x) x>0?x:-x
836 int f(int x, int y)
837 {
838  return (abs(x)) >= 0;
839 }
840 This should optimize to x == INT_MIN. (With -fwrapv.)  Currently not
841 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
842
843 //===---------------------------------------------------------------------===//
844
845 From GCC Bug 14753:
846 void
847 rotate_cst (unsigned int a)
848 {
849  a = (a << 10) | (a >> 22);
850  if (a == 123)
851    bar ();
852 }
853 void
854 minus_cst (unsigned int a)
855 {
856  unsigned int tem;
857
858  tem = 20 - a;
859  if (tem == 5)
860    bar ();
861 }
862 void
863 mask_gt (unsigned int a)
864 {
865  /* This is equivalent to a > 15.  */
866  if ((a & ~7) > 8)
867    bar ();
868 }
869 void
870 rshift_gt (unsigned int a)
871 {
872  /* This is equivalent to a > 23.  */
873  if ((a >> 2) > 5)
874    bar ();
875 }
876 All should simplify to a single comparison.  All of these are
877 currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt
878 -std-compile-opts".
879
880 //===---------------------------------------------------------------------===//
881
882 From GCC Bug 32605:
883 int c(int* x) {return (char*)x+2 == (char*)x;}
884 Should combine to 0.  Currently not optimized with "clang
885 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts" (although llc can optimize it).
886
887 //===---------------------------------------------------------------------===//
888
889 int a(unsigned b) {return ((b << 31) | (b << 30)) >> 31;}
890 Should be combined to  "((b >> 1) | b) & 1".  Currently not optimized
891 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
892
893 //===---------------------------------------------------------------------===//
894
895 unsigned a(unsigned x, unsigned y) { return x | (y & 1) | (y & 2);}
896 Should combine to "x | (y & 3)".  Currently not optimized with "clang
897 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
898
899 //===---------------------------------------------------------------------===//
900
901 int a(int a, int b, int c) {return (~a & c) | ((c|a) & b);}
902 Should fold to "(~a & c) | (a & b)".  Currently not optimized with
903 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
904
905 //===---------------------------------------------------------------------===//
906
907 int a(int a,int b) {return (~(a|b))|a;}
908 Should fold to "a|~b".  Currently not optimized with "clang
909 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
910
911 //===---------------------------------------------------------------------===//
912
913 int a(int a, int b) {return (a&&b) || (a&&!b);}
914 Should fold to "a".  Currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc
915 | opt -std-compile-opts".
916
917 //===---------------------------------------------------------------------===//
918
919 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (!a&&c);}
920 Should fold to "a ? b : c", or at least something sane.  Currently not
921 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
922
923 //===---------------------------------------------------------------------===//
924
925 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (a&&c) || (a&&b&&c);}
926 Should fold to a && (b || c).  Currently not optimized with "clang
927 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
928
929 //===---------------------------------------------------------------------===//
930
931 int a(int x) {return x | ((x & 8) ^ 8);}
932 Should combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
933 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
934
935 //===---------------------------------------------------------------------===//
936
937 int a(int x) {return x ^ ((x & 8) ^ 8);}
938 Should also combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
939 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
940
941 //===---------------------------------------------------------------------===//
942
943 int a(int x) {return ((x | -9) ^ 8) & x;}
944 Should combine to x & -9.  Currently not optimized with "clang
945 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
946
947 //===---------------------------------------------------------------------===//
948
949 unsigned a(unsigned a) {return a * 0x11111111 >> 28 & 1;}
950 Should combine to "a * 0x88888888 >> 31".  Currently not optimized
951 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
952
953 //===---------------------------------------------------------------------===//
954
955 unsigned a(char* x) {if ((*x & 32) == 0) return b();}
956 There's an unnecessary zext in the generated code with "clang
957 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
958
959 //===---------------------------------------------------------------------===//
960
961 unsigned a(unsigned long long x) {return 40 * (x >> 1);}
962 Should combine to "20 * (((unsigned)x) & -2)".  Currently not
963 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
964
965 //===---------------------------------------------------------------------===//
966
967 This was noticed in the entryblock for grokdeclarator in 403.gcc:
968
969         %tmp = icmp eq i32 %decl_context, 4          
970         %decl_context_addr.0 = select i1 %tmp, i32 3, i32 %decl_context 
971         %tmp1 = icmp eq i32 %decl_context_addr.0, 1 
972         %decl_context_addr.1 = select i1 %tmp1, i32 0, i32 %decl_context_addr.0
973
974 tmp1 should be simplified to something like:
975   (!tmp || decl_context == 1)
976
977 This allows recursive simplifications, tmp1 is used all over the place in
978 the function, e.g. by:
979
980         %tmp23 = icmp eq i32 %decl_context_addr.1, 0            ; <i1> [#uses=1]
981         %tmp24 = xor i1 %tmp1, true             ; <i1> [#uses=1]
982         %or.cond8 = and i1 %tmp23, %tmp24               ; <i1> [#uses=1]
983
984 later.
985
986 //===---------------------------------------------------------------------===//
987
988 [STORE SINKING]
989
990 Store sinking: This code:
991
992 void f (int n, int *cond, int *res) {
993     int i;
994     *res = 0;
995     for (i = 0; i < n; i++)
996         if (*cond)
997             *res ^= 234; /* (*) */
998 }
999
1000 On this function GVN hoists the fully redundant value of *res, but nothing
1001 moves the store out.  This gives us this code:
1002
1003 bb:             ; preds = %bb2, %entry
1004         %.rle = phi i32 [ 0, %entry ], [ %.rle6, %bb2 ] 
1005         %i.05 = phi i32 [ 0, %entry ], [ %indvar.next, %bb2 ]
1006         %1 = load i32* %cond, align 4
1007         %2 = icmp eq i32 %1, 0
1008         br i1 %2, label %bb2, label %bb1
1009
1010 bb1:            ; preds = %bb
1011         %3 = xor i32 %.rle, 234 
1012         store i32 %3, i32* %res, align 4
1013         br label %bb2
1014
1015 bb2:            ; preds = %bb, %bb1
1016         %.rle6 = phi i32 [ %3, %bb1 ], [ %.rle, %bb ]   
1017         %indvar.next = add i32 %i.05, 1 
1018         %exitcond = icmp eq i32 %indvar.next, %n
1019         br i1 %exitcond, label %return, label %bb
1020
1021 DSE should sink partially dead stores to get the store out of the loop.
1022
1023 Here's another partial dead case:
1024 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12395
1025
1026 //===---------------------------------------------------------------------===//
1027
1028 Scalar PRE hoists the mul in the common block up to the else:
1029
1030 int test (int a, int b, int c, int g) {
1031   int d, e;
1032   if (a)
1033     d = b * c;
1034   else
1035     d = b - c;
1036   e = b * c + g;
1037   return d + e;
1038 }
1039
1040 It would be better to do the mul once to reduce codesize above the if.
1041 This is GCC PR38204.
1042
1043
1044 //===---------------------------------------------------------------------===//
1045 This simple function from 179.art:
1046
1047 int winner, numf2s;
1048 struct { double y; int   reset; } *Y;
1049
1050 void find_match() {
1051    int i;
1052    winner = 0;
1053    for (i=0;i<numf2s;i++)
1054        if (Y[i].y > Y[winner].y)
1055               winner =i;
1056 }
1057
1058 Compiles into (with clang TBAA):
1059
1060 for.body:                                         ; preds = %for.inc, %bb.nph
1061   %indvar = phi i64 [ 0, %bb.nph ], [ %indvar.next, %for.inc ]
1062   %i.01718 = phi i32 [ 0, %bb.nph ], [ %i.01719, %for.inc ]
1063   %tmp4 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %indvar, i32 0
1064   %tmp5 = load double* %tmp4, align 8, !tbaa !4
1065   %idxprom7 = sext i32 %i.01718 to i64
1066   %tmp10 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %idxprom7, i32 0
1067   %tmp11 = load double* %tmp10, align 8, !tbaa !4
1068   %cmp12 = fcmp ogt double %tmp5, %tmp11
1069   br i1 %cmp12, label %if.then, label %for.inc
1070
1071 if.then:                                          ; preds = %for.body
1072   %i.017 = trunc i64 %indvar to i32
1073   br label %for.inc
1074
1075 for.inc:                                          ; preds = %for.body, %if.then
1076   %i.01719 = phi i32 [ %i.01718, %for.body ], [ %i.017, %if.then ]
1077   %indvar.next = add i64 %indvar, 1
1078   %exitcond = icmp eq i64 %indvar.next, %tmp22
1079   br i1 %exitcond, label %for.cond.for.end_crit_edge, label %for.body
1080
1081
1082 It is good that we hoisted the reloads of numf2's, and Y out of the loop and
1083 sunk the store to winner out.
1084
1085 However, this is awful on several levels: the conditional truncate in the loop
1086 (-indvars at fault? why can't we completely promote the IV to i64?).
1087
1088 Beyond that, we have a partially redundant load in the loop: if "winner" (aka 
1089 %i.01718) isn't updated, we reload Y[winner].y the next time through the loop.
1090 Similarly, the addressing that feeds it (including the sext) is redundant. In
1091 the end we get this generated assembly:
1092
1093 LBB0_2:                                 ## %for.body
1094                                         ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
1095         movsd   (%rdi), %xmm0
1096         movslq  %edx, %r8
1097         shlq    $4, %r8
1098         ucomisd (%rcx,%r8), %xmm0
1099         jbe     LBB0_4
1100         movl    %esi, %edx
1101 LBB0_4:                                 ## %for.inc
1102         addq    $16, %rdi
1103         incq    %rsi
1104         cmpq    %rsi, %rax
1105         jne     LBB0_2
1106
1107 All things considered this isn't too bad, but we shouldn't need the movslq or
1108 the shlq instruction, or the load folded into ucomisd every time through the
1109 loop.
1110
1111 On an x86-specific topic, if the loop can't be restructure, the movl should be a
1112 cmov.
1113
1114 //===---------------------------------------------------------------------===//
1115
1116 [STORE SINKING]
1117
1118 GCC PR37810 is an interesting case where we should sink load/store reload
1119 into the if block and outside the loop, so we don't reload/store it on the
1120 non-call path.
1121
1122 for () {
1123   *P += 1;
1124   if ()
1125     call();
1126   else
1127     ...
1128 ->
1129 tmp = *P
1130 for () {
1131   tmp += 1;
1132   if () {
1133     *P = tmp;
1134     call();
1135     tmp = *P;
1136   } else ...
1137 }
1138 *P = tmp;
1139
1140 We now hoist the reload after the call (Transforms/GVN/lpre-call-wrap.ll), but
1141 we don't sink the store.  We need partially dead store sinking.
1142
1143 //===---------------------------------------------------------------------===//
1144
1145 [LOAD PRE CRIT EDGE SPLITTING]
1146
1147 GCC PR37166: Sinking of loads prevents SROA'ing the "g" struct on the stack
1148 leading to excess stack traffic. This could be handled by GVN with some crazy
1149 symbolic phi translation.  The code we get looks like (g is on the stack):
1150
1151 bb2:            ; preds = %bb1
1152 ..
1153         %9 = getelementptr %struct.f* %g, i32 0, i32 0          
1154         store i32 %8, i32* %9, align  bel %bb3
1155
1156 bb3:            ; preds = %bb1, %bb2, %bb
1157         %c_addr.0 = phi %struct.f* [ %g, %bb2 ], [ %c, %bb ], [ %c, %bb1 ]
1158         %b_addr.0 = phi %struct.f* [ %b, %bb2 ], [ %g, %bb ], [ %b, %bb1 ]
1159         %10 = getelementptr %struct.f* %c_addr.0, i32 0, i32 0
1160         %11 = load i32* %10, align 4
1161
1162 %11 is partially redundant, an in BB2 it should have the value %8.
1163
1164 GCC PR33344 and PR35287 are similar cases.
1165
1166
1167 //===---------------------------------------------------------------------===//
1168
1169 [LOAD PRE]
1170
1171 There are many load PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/loadpre* in the
1172 GCC testsuite, ones we don't get yet are (checked through loadpre25):
1173
1174 [CRIT EDGE BREAKING]
1175 loadpre3.c predcom-4.c
1176
1177 [PRE OF READONLY CALL]
1178 loadpre5.c
1179
1180 [TURN SELECT INTO BRANCH]
1181 loadpre14.c loadpre15.c 
1182
1183 actually a conditional increment: loadpre18.c loadpre19.c
1184
1185 //===---------------------------------------------------------------------===//
1186
1187 [LOAD PRE / STORE SINKING / SPEC HACK]
1188
1189 This is a chunk of code from 456.hmmer:
1190
1191 int f(int M, int *mc, int *mpp, int *tpmm, int *ip, int *tpim, int *dpp,
1192      int *tpdm, int xmb, int *bp, int *ms) {
1193  int k, sc;
1194  for (k = 1; k <= M; k++) {
1195      mc[k] = mpp[k-1]   + tpmm[k-1];
1196      if ((sc = ip[k-1]  + tpim[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1197      if ((sc = dpp[k-1] + tpdm[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1198      if ((sc = xmb  + bp[k])         > mc[k])  mc[k] = sc;
1199      mc[k] += ms[k];
1200    }
1201 }
1202
1203 It is very profitable for this benchmark to turn the conditional stores to mc[k]
1204 into a conditional move (select instr in IR) and allow the final store to do the
1205 store.  See GCC PR27313 for more details.  Note that this is valid to xform even
1206 with the new C++ memory model, since mc[k] is previously loaded and later
1207 stored.
1208
1209 //===---------------------------------------------------------------------===//
1210
1211 [SCALAR PRE]
1212 There are many PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/ssa-pre-*.c in the
1213 GCC testsuite.
1214
1215 //===---------------------------------------------------------------------===//
1216
1217 There are some interesting cases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/pred-comm* in the
1218 GCC testsuite.  For example, we get the first example in predcom-1.c, but 
1219 miss the second one:
1220
1221 unsigned fib[1000];
1222 unsigned avg[1000];
1223
1224 __attribute__ ((noinline))
1225 void count_averages(int n) {
1226   int i;
1227   for (i = 1; i < n; i++)
1228     avg[i] = (((unsigned long) fib[i - 1] + fib[i] + fib[i + 1]) / 3) & 0xffff;
1229 }
1230
1231 which compiles into two loads instead of one in the loop.
1232
1233 predcom-2.c is the same as predcom-1.c
1234
1235 predcom-3.c is very similar but needs loads feeding each other instead of
1236 store->load.
1237
1238
1239 //===---------------------------------------------------------------------===//
1240
1241 [ALIAS ANALYSIS]
1242
1243 Type based alias analysis:
1244 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=14705
1245
1246 We should do better analysis of posix_memalign.  At the least it should
1247 no-capture its pointer argument, at best, we should know that the out-value
1248 result doesn't point to anything (like malloc).  One example of this is in
1249 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c
1250
1251 //===---------------------------------------------------------------------===//
1252
1253 Interesting missed case because of control flow flattening (should be 2 loads):
1254 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=26629
1255 With: llvm-gcc t2.c -S -o - -O0 -emit-llvm | llvm-as | 
1256              opt -mem2reg -gvn -instcombine | llvm-dis
1257 we miss it because we need 1) CRIT EDGE 2) MULTIPLE DIFFERENT
1258 VALS PRODUCED BY ONE BLOCK OVER DIFFERENT PATHS
1259
1260 //===---------------------------------------------------------------------===//
1261
1262 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=19633
1263 We could eliminate the branch condition here, loading from null is undefined:
1264
1265 struct S { int w, x, y, z; };
1266 struct T { int r; struct S s; };
1267 void bar (struct S, int);
1268 void foo (int a, struct T b)
1269 {
1270   struct S *c = 0;
1271   if (a)
1272     c = &b.s;
1273   bar (*c, a);
1274 }
1275
1276 //===---------------------------------------------------------------------===//
1277
1278 simplifylibcalls should do several optimizations for strspn/strcspn:
1279
1280 strcspn(x, "a") -> inlined loop for up to 3 letters (similarly for strspn):
1281
1282 size_t __strcspn_c3 (__const char *__s, int __reject1, int __reject2,
1283                      int __reject3) {
1284   register size_t __result = 0;
1285   while (__s[__result] != '\0' && __s[__result] != __reject1 &&
1286          __s[__result] != __reject2 && __s[__result] != __reject3)
1287     ++__result;
1288   return __result;
1289 }
1290
1291 This should turn into a switch on the character.  See PR3253 for some notes on
1292 codegen.
1293
1294 456.hmmer apparently uses strcspn and strspn a lot.  471.omnetpp uses strspn.
1295
1296 //===---------------------------------------------------------------------===//
1297
1298 "gas" uses this idiom:
1299   else if (strchr ("+-/*%|&^:[]()~", *intel_parser.op_string))
1300 ..
1301   else if (strchr ("<>", *intel_parser.op_string)
1302
1303 Those should be turned into a switch.
1304
1305 //===---------------------------------------------------------------------===//
1306
1307 252.eon contains this interesting code:
1308
1309         %3072 = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 0
1310         %3073 = call i8* @strcpy(i8* %3072, i8* %3071) nounwind
1311         %strlen = call i32 @strlen(i8* %3072)    ; uses = 1
1312         %endptr = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 %strlen
1313         call void @llvm.memcpy.i32(i8* %endptr, 
1314           i8* getelementptr ([5 x i8]* @"\01LC42", i32 0, i32 0), i32 5, i32 1)
1315         %3074 = call i32 @strlen(i8* %endptr) nounwind readonly 
1316         
1317 This is interesting for a couple reasons.  First, in this:
1318
1319 The memcpy+strlen strlen can be replaced with:
1320
1321         %3074 = call i32 @strlen([5 x i8]* @"\01LC42") nounwind readonly 
1322
1323 Because the destination was just copied into the specified memory buffer.  This,
1324 in turn, can be constant folded to "4".
1325
1326 In other code, it contains:
1327
1328         %endptr6978 = bitcast i8* %endptr69 to i32*            
1329         store i32 7107374, i32* %endptr6978, align 1
1330         %3167 = call i32 @strlen(i8* %endptr69) nounwind readonly    
1331
1332 Which could also be constant folded.  Whatever is producing this should probably
1333 be fixed to leave this as a memcpy from a string.
1334
1335 Further, eon also has an interesting partially redundant strlen call:
1336
1337 bb8:            ; preds = %_ZN18eonImageCalculatorC1Ev.exit
1338         %682 = getelementptr i8** %argv, i32 6          ; <i8**> [#uses=2]
1339         %683 = load i8** %682, align 4          ; <i8*> [#uses=4]
1340         %684 = load i8* %683, align 1           ; <i8> [#uses=1]
1341         %685 = icmp eq i8 %684, 0               ; <i1> [#uses=1]
1342         br i1 %685, label %bb10, label %bb9
1343
1344 bb9:            ; preds = %bb8
1345         %686 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1346         %687 = icmp ugt i32 %686, 254           ; <i1> [#uses=1]
1347         br i1 %687, label %bb10, label %bb11
1348
1349 bb10:           ; preds = %bb9, %bb8
1350         %688 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1351
1352 This could be eliminated by doing the strlen once in bb8, saving code size and
1353 improving perf on the bb8->9->10 path.
1354
1355 //===---------------------------------------------------------------------===//
1356
1357 I see an interesting fully redundant call to strlen left in 186.crafty:InputMove
1358 which looks like:
1359        %movetext11 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 0 
1360  
1361
1362 bb62:           ; preds = %bb55, %bb53
1363         %promote.0 = phi i32 [ %169, %bb55 ], [ 0, %bb53 ]             
1364         %171 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1365         %172 = add i32 %171, -1         ; <i32> [#uses=1]
1366         %173 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 %172       
1367
1368 ...  no stores ...
1369        br i1 %or.cond, label %bb65, label %bb72
1370
1371 bb65:           ; preds = %bb62
1372         store i8 0, i8* %173, align 1
1373         br label %bb72
1374
1375 bb72:           ; preds = %bb65, %bb62
1376         %trank.1 = phi i32 [ %176, %bb65 ], [ -1, %bb62 ]            
1377         %177 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1378
1379 Note that on the bb62->bb72 path, that the %177 strlen call is partially
1380 redundant with the %171 call.  At worst, we could shove the %177 strlen call
1381 up into the bb65 block moving it out of the bb62->bb72 path.   However, note
1382 that bb65 stores to the string, zeroing out the last byte.  This means that on
1383 that path the value of %177 is actually just %171-1.  A sub is cheaper than a
1384 strlen!
1385
1386 This pattern repeats several times, basically doing:
1387
1388   A = strlen(P);
1389   P[A-1] = 0;
1390   B = strlen(P);
1391   where it is "obvious" that B = A-1.
1392
1393 //===---------------------------------------------------------------------===//
1394
1395 186.crafty has this interesting pattern with the "out.4543" variable:
1396
1397 call void @llvm.memcpy.i32(
1398         i8* getelementptr ([10 x i8]* @out.4543, i32 0, i32 0),
1399        i8* getelementptr ([7 x i8]* @"\01LC28700", i32 0, i32 0), i32 7, i32 1) 
1400 %101 = call@printf(i8* ...   @out.4543, i32 0, i32 0)) nounwind 
1401
1402 It is basically doing:
1403
1404   memcpy(globalarray, "string");
1405   printf(...,  globalarray);
1406   
1407 Anyway, by knowing that printf just reads the memory and forward substituting
1408 the string directly into the printf, this eliminates reads from globalarray.
1409 Since this pattern occurs frequently in crafty (due to the "DisplayTime" and
1410 other similar functions) there are many stores to "out".  Once all the printfs
1411 stop using "out", all that is left is the memcpy's into it.  This should allow
1412 globalopt to remove the "stored only" global.
1413
1414 //===---------------------------------------------------------------------===//
1415
1416 This code:
1417
1418 define inreg i32 @foo(i8* inreg %p) nounwind {
1419   %tmp0 = load i8* %p
1420   %tmp1 = ashr i8 %tmp0, 5
1421   %tmp2 = sext i8 %tmp1 to i32
1422   ret i32 %tmp2
1423 }
1424
1425 could be dagcombine'd to a sign-extending load with a shift.
1426 For example, on x86 this currently gets this:
1427
1428         movb    (%eax), %al
1429         sarb    $5, %al
1430         movsbl  %al, %eax
1431
1432 while it could get this:
1433
1434         movsbl  (%eax), %eax
1435         sarl    $5, %eax
1436
1437 //===---------------------------------------------------------------------===//
1438
1439 GCC PR31029:
1440
1441 int test(int x) { return 1-x == x; }     // --> return false
1442 int test2(int x) { return 2-x == x; }    // --> return x == 1 ?
1443
1444 Always foldable for odd constants, what is the rule for even?
1445
1446 //===---------------------------------------------------------------------===//
1447
1448 PR 3381: GEP to field of size 0 inside a struct could be turned into GEP
1449 for next field in struct (which is at same address).
1450
1451 For example: store of float into { {{}}, float } could be turned into a store to
1452 the float directly.
1453
1454 //===---------------------------------------------------------------------===//
1455
1456 The arg promotion pass should make use of nocapture to make its alias analysis
1457 stuff much more precise.
1458
1459 //===---------------------------------------------------------------------===//
1460
1461 The following functions should be optimized to use a select instead of a
1462 branch (from gcc PR40072):
1463
1464 char char_int(int m) {if(m>7) return 0; return m;}
1465 int int_char(char m) {if(m>7) return 0; return m;}
1466
1467 //===---------------------------------------------------------------------===//
1468
1469 int func(int a, int b) { if (a & 0x80) b |= 0x80; else b &= ~0x80; return b; }
1470
1471 Generates this:
1472
1473 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1474 entry:
1475   %0 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1476   %1 = icmp eq i32 %0, 0                          ; <i1> [#uses=1]
1477   %2 = or i32 %b, 128                             ; <i32> [#uses=1]
1478   %3 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1479   %b_addr.0 = select i1 %1, i32 %3, i32 %2        ; <i32> [#uses=1]
1480   ret i32 %b_addr.0
1481 }
1482
1483 However, it's functionally equivalent to:
1484
1485          b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1486
1487 Which generates this:
1488
1489 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1490 entry:
1491   %0 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1492   %1 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1493   %2 = or i32 %0, %1                              ; <i32> [#uses=1]
1494   ret i32 %2
1495 }
1496
1497 This can be generalized for other forms:
1498
1499      b = (b & ~0x80) | (a & 0x40) << 1;
1500
1501 //===---------------------------------------------------------------------===//
1502
1503 These two functions produce different code. They shouldn't:
1504
1505 #include <stdint.h>
1506  
1507 uint8_t p1(uint8_t b, uint8_t a) {
1508   b = (b & ~0xc0) | (a & 0xc0);
1509   return (b);
1510 }
1511  
1512 uint8_t p2(uint8_t b, uint8_t a) {
1513   b = (b & ~0x40) | (a & 0x40);
1514   b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1515   return (b);
1516 }
1517
1518 define zeroext i8 @p1(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1519 entry:
1520   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1521   %1 = and i8 %a, -64                             ; <i8> [#uses=1]
1522   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1523   ret i8 %2
1524 }
1525
1526 define zeroext i8 @p2(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1527 entry:
1528   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1529   %.masked = and i8 %a, 64                        ; <i8> [#uses=1]
1530   %1 = and i8 %a, -128                            ; <i8> [#uses=1]
1531   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1532   %3 = or i8 %2, %.masked                         ; <i8> [#uses=1]
1533   ret i8 %3
1534 }
1535
1536 //===---------------------------------------------------------------------===//
1537
1538 IPSCCP does not currently propagate argument dependent constants through
1539 functions where it does not not all of the callers.  This includes functions
1540 with normal external linkage as well as templates, C99 inline functions etc.
1541 Specifically, it does nothing to:
1542
1543 define i32 @test(i32 %x, i32 %y, i32 %z) nounwind {
1544 entry:
1545   %0 = add nsw i32 %y, %z                         
1546   %1 = mul i32 %0, %x                             
1547   %2 = mul i32 %y, %z                             
1548   %3 = add nsw i32 %1, %2                         
1549   ret i32 %3
1550 }
1551
1552 define i32 @test2() nounwind {
1553 entry:
1554   %0 = call i32 @test(i32 1, i32 2, i32 4) nounwind
1555   ret i32 %0
1556 }
1557
1558 It would be interesting extend IPSCCP to be able to handle simple cases like
1559 this, where all of the arguments to a call are constant.  Because IPSCCP runs
1560 before inlining, trivial templates and inline functions are not yet inlined.
1561 The results for a function + set of constant arguments should be memoized in a
1562 map.
1563
1564 //===---------------------------------------------------------------------===//
1565
1566 The libcall constant folding stuff should be moved out of SimplifyLibcalls into
1567 libanalysis' constantfolding logic.  This would allow IPSCCP to be able to
1568 handle simple things like this:
1569
1570 static int foo(const char *X) { return strlen(X); }
1571 int bar() { return foo("abcd"); }
1572
1573 //===---------------------------------------------------------------------===//
1574
1575 functionattrs doesn't know much about memcpy/memset.  This function should be
1576 marked readnone rather than readonly, since it only twiddles local memory, but
1577 functionattrs doesn't handle memset/memcpy/memmove aggressively:
1578
1579 struct X { int *p; int *q; };
1580 int foo() {
1581  int i = 0, j = 1;
1582  struct X x, y;
1583  int **p;
1584  y.p = &i;
1585  x.q = &j;
1586  p = __builtin_memcpy (&x, &y, sizeof (int *));
1587  return **p;
1588 }
1589
1590 This can be seen at:
1591 $ clang t.c -S -o - -mkernel -O0 -emit-llvm | opt -functionattrs -S
1592
1593
1594 //===---------------------------------------------------------------------===//
1595
1596 Missed instcombine transformation:
1597 define i1 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1598 entry:
1599   %cmp = icmp eq i32 %x, 30
1600   %sub = add i32 %x, -30
1601   %cmp2 = icmp ugt i32 %sub, 9
1602   %or = or i1 %cmp, %cmp2
1603   ret i1 %or
1604 }
1605 This should be optimized to a single compare.  Testcase derived from gcc.
1606
1607 //===---------------------------------------------------------------------===//
1608
1609 Missed instcombine or reassociate transformation:
1610 int a(int a, int b) { return (a==12)&(b>47)&(b<58); }
1611
1612 The sgt and slt should be combined into a single comparison. Testcase derived
1613 from gcc.
1614
1615 //===---------------------------------------------------------------------===//
1616
1617 Missed instcombine transformation:
1618
1619   %382 = srem i32 %tmp14.i, 64                    ; [#uses=1]
1620   %383 = zext i32 %382 to i64                     ; [#uses=1]
1621   %384 = shl i64 %381, %383                       ; [#uses=1]
1622   %385 = icmp slt i32 %tmp14.i, 64                ; [#uses=1]
1623
1624 The srem can be transformed to an and because if %tmp14.i is negative, the
1625 shift is undefined.  Testcase derived from 403.gcc.
1626
1627 //===---------------------------------------------------------------------===//
1628
1629 This is a range comparison on a divided result (from 403.gcc):
1630
1631   %1337 = sdiv i32 %1336, 8                       ; [#uses=1]
1632   %.off.i208 = add i32 %1336, 7                   ; [#uses=1]
1633   %1338 = icmp ult i32 %.off.i208, 15             ; [#uses=1]
1634   
1635 We already catch this (removing the sdiv) if there isn't an add, we should
1636 handle the 'add' as well.  This is a common idiom with it's builtin_alloca code.
1637 C testcase:
1638
1639 int a(int x) { return (unsigned)(x/16+7) < 15; }
1640
1641 Another similar case involves truncations on 64-bit targets:
1642
1643   %361 = sdiv i64 %.046, 8                        ; [#uses=1]
1644   %362 = trunc i64 %361 to i32                    ; [#uses=2]
1645 ...
1646   %367 = icmp eq i32 %362, 0                      ; [#uses=1]
1647
1648 //===---------------------------------------------------------------------===//
1649
1650 Missed instcombine/dagcombine transformation:
1651 define void @lshift_lt(i8 zeroext %a) nounwind {
1652 entry:
1653   %conv = zext i8 %a to i32
1654   %shl = shl i32 %conv, 3
1655   %cmp = icmp ult i32 %shl, 33
1656   br i1 %cmp, label %if.then, label %if.end
1657
1658 if.then:
1659   tail call void @bar() nounwind
1660   ret void
1661
1662 if.end:
1663   ret void
1664 }
1665 declare void @bar() nounwind
1666
1667 The shift should be eliminated.  Testcase derived from gcc.
1668
1669 //===---------------------------------------------------------------------===//
1670
1671 These compile into different code, one gets recognized as a switch and the
1672 other doesn't due to phase ordering issues (PR6212):
1673
1674 int test1(int mainType, int subType) {
1675   if (mainType == 7)
1676     subType = 4;
1677   else if (mainType == 9)
1678     subType = 6;
1679   else if (mainType == 11)
1680     subType = 9;
1681   return subType;
1682 }
1683
1684 int test2(int mainType, int subType) {
1685   if (mainType == 7)
1686     subType = 4;
1687   if (mainType == 9)
1688     subType = 6;
1689   if (mainType == 11)
1690     subType = 9;
1691   return subType;
1692 }
1693
1694 //===---------------------------------------------------------------------===//
1695
1696 The following test case (from PR6576):
1697
1698 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1699 entry:
1700  %cond1 = icmp eq i32 %b, 0                      ; <i1> [#uses=1]
1701  br i1 %cond1, label %exit, label %bb.nph
1702 bb.nph:                                           ; preds = %entry
1703  %tmp = mul i32 %b, %a                           ; <i32> [#uses=1]
1704  ret i32 %tmp
1705 exit:                                             ; preds = %entry
1706  ret i32 0
1707 }
1708
1709 could be reduced to:
1710
1711 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1712 entry:
1713  %tmp = mul i32 %b, %a
1714  ret i32 %tmp
1715 }
1716
1717 //===---------------------------------------------------------------------===//
1718
1719 We should use DSE + llvm.lifetime.end to delete dead vtable pointer updates.
1720 See GCC PR34949
1721
1722 Another interesting case is that something related could be used for variables
1723 that go const after their ctor has finished.  In these cases, globalopt (which
1724 can statically run the constructor) could mark the global const (so it gets put
1725 in the readonly section).  A testcase would be:
1726
1727 #include <complex>
1728 using namespace std;
1729 const complex<char> should_be_in_rodata (42,-42);
1730 complex<char> should_be_in_data (42,-42);
1731 complex<char> should_be_in_bss;
1732
1733 Where we currently evaluate the ctors but the globals don't become const because
1734 the optimizer doesn't know they "become const" after the ctor is done.  See
1735 GCC PR4131 for more examples.
1736
1737 //===---------------------------------------------------------------------===//
1738
1739 In this code:
1740
1741 long foo(long x) {
1742   return x > 1 ? x : 1;
1743 }
1744
1745 LLVM emits a comparison with 1 instead of 0. 0 would be equivalent
1746 and cheaper on most targets.
1747
1748 LLVM prefers comparisons with zero over non-zero in general, but in this
1749 case it choses instead to keep the max operation obvious.
1750
1751 //===---------------------------------------------------------------------===//
1752
1753 Take the following testcase on x86-64 (similar testcases exist for all targets
1754 with addc/adde):
1755
1756 define void @a(i64* nocapture %s, i64* nocapture %t, i64 %a, i64 %b,
1757 i64 %c) nounwind {
1758 entry:
1759  %0 = zext i64 %a to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1760  %1 = zext i64 %b to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1761  %2 = add i128 %1, %0                            ; <i128> [#uses=2]
1762  %3 = zext i64 %c to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1763  %4 = shl i128 %3, 64                            ; <i128> [#uses=1]
1764  %5 = add i128 %4, %2                            ; <i128> [#uses=1]
1765  %6 = lshr i128 %5, 64                           ; <i128> [#uses=1]
1766  %7 = trunc i128 %6 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1767  store i64 %7, i64* %s, align 8
1768  %8 = trunc i128 %2 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1769  store i64 %8, i64* %t, align 8
1770  ret void
1771 }
1772
1773 Generated code:
1774         addq    %rcx, %rdx
1775         sbbq    %rax, %rax
1776         subq    %rax, %r8
1777         movq    %r8, (%rdi)
1778         movq    %rdx, (%rsi)
1779         ret
1780
1781 Expected code:
1782        addq    %rcx, %rdx
1783        adcq    $0, %r8
1784        movq    %r8, (%rdi)
1785        movq    %rdx, (%rsi)
1786        ret
1787
1788 //===---------------------------------------------------------------------===//
1789
1790 Switch lowering generates less than ideal code for the following switch:
1791 define void @a(i32 %x) nounwind {
1792 entry:
1793   switch i32 %x, label %if.end [
1794     i32 0, label %if.then
1795     i32 1, label %if.then
1796     i32 2, label %if.then
1797     i32 3, label %if.then
1798     i32 5, label %if.then
1799   ]
1800 if.then:
1801   tail call void @foo() nounwind
1802   ret void
1803 if.end:
1804   ret void
1805 }
1806 declare void @foo()
1807
1808 Generated code on x86-64 (other platforms give similar results):
1809 a:
1810         cmpl    $5, %edi
1811         ja      .LBB0_2
1812         movl    %edi, %eax
1813         movl    $47, %ecx
1814         btq     %rax, %rcx
1815         jb      .LBB0_3
1816 .LBB0_2:
1817         ret
1818 .LBB0_3:
1819         jmp     foo  # TAILCALL
1820
1821 The movl+movl+btq+jb could be simplified to a cmpl+jne.
1822
1823 Or, if we wanted to be really clever, we could simplify the whole thing to
1824 something like the following, which eliminates a branch:
1825         xorl    $1, %edi
1826         cmpl    $4, %edi
1827         ja      .LBB0_2
1828         ret
1829 .LBB0_2:
1830         jmp     foo  # TAILCALL
1831
1832 //===---------------------------------------------------------------------===//
1833
1834 We compile this:
1835
1836 int foo(int a) { return (a & (~15)) / 16; }
1837
1838 Into:
1839
1840 define i32 @foo(i32 %a) nounwind readnone ssp {
1841 entry:
1842   %and = and i32 %a, -16
1843   %div = sdiv i32 %and, 16
1844   ret i32 %div
1845 }
1846
1847 but this code (X & -A)/A is X >> log2(A) when A is a power of 2, so this case
1848 should be instcombined into just "a >> 4".
1849
1850 We do get this at the codegen level, so something knows about it, but 
1851 instcombine should catch it earlier:
1852
1853 _foo:                                   ## @foo
1854 ## BB#0:                                ## %entry
1855         movl    %edi, %eax
1856         sarl    $4, %eax
1857         ret
1858
1859 //===---------------------------------------------------------------------===//
1860
1861 This code (from GCC PR28685):
1862
1863 int test(int a, int b) {
1864   int lt = a < b;
1865   int eq = a == b;
1866   if (lt)
1867     return 1;
1868   return eq;
1869 }
1870
1871 Is compiled to:
1872
1873 define i32 @test(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1874 entry:
1875   %cmp = icmp slt i32 %a, %b
1876   br i1 %cmp, label %return, label %if.end
1877
1878 if.end:                                           ; preds = %entry
1879   %cmp5 = icmp eq i32 %a, %b
1880   %conv6 = zext i1 %cmp5 to i32
1881   ret i32 %conv6
1882
1883 return:                                           ; preds = %entry
1884   ret i32 1
1885 }
1886
1887 it could be:
1888
1889 define i32 @test__(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1890 entry:
1891   %0 = icmp sle i32 %a, %b
1892   %retval = zext i1 %0 to i32
1893   ret i32 %retval
1894 }
1895
1896 //===---------------------------------------------------------------------===//
1897
1898 This code can be seen in viterbi:
1899
1900   %64 = call noalias i8* @malloc(i64 %62) nounwind
1901 ...
1902   %67 = call i64 @llvm.objectsize.i64(i8* %64, i1 false) nounwind
1903   %68 = call i8* @__memset_chk(i8* %64, i32 0, i64 %62, i64 %67) nounwind
1904
1905 llvm.objectsize.i64 should be taught about malloc/calloc, allowing it to
1906 fold to %62.  This is a security win (overflows of malloc will get caught)
1907 and also a performance win by exposing more memsets to the optimizer.
1908
1909 This occurs several times in viterbi.
1910
1911 Note that this would change the semantics of @llvm.objectsize which by its
1912 current definition always folds to a constant. We also should make sure that
1913 we remove checking in code like
1914
1915   char *p = malloc(strlen(s)+1);
1916   __strcpy_chk(p, s, __builtin_objectsize(p, 0));
1917
1918 //===---------------------------------------------------------------------===//
1919
1920 This code (from Benchmarks/Dhrystone/dry.c):
1921
1922 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1923 entry:
1924   %sext = shl i32 %0, 24
1925   %conv = ashr i32 %sext, 24
1926   %sext6 = shl i32 %1, 24
1927   %conv4 = ashr i32 %sext6, 24
1928   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1929   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1930   ret i32 %.
1931 }
1932
1933 Should be simplified into something like:
1934
1935 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1936 entry:
1937   %sext = shl i32 %0, 24
1938   %conv = and i32 %sext, 0xFF000000
1939   %sext6 = shl i32 %1, 24
1940   %conv4 = and i32 %sext6, 0xFF000000
1941   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1942   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1943   ret i32 %.
1944 }
1945
1946 and then to:
1947
1948 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1949 entry:
1950   %conv = and i32 %0, 0xFF
1951   %conv4 = and i32 %1, 0xFF
1952   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1953   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1954   ret i32 %.
1955 }
1956 //===---------------------------------------------------------------------===//
1957
1958 clang -O3 currently compiles this code
1959
1960 int g(unsigned int a) {
1961   unsigned int c[100];
1962   c[10] = a;
1963   c[11] = a;
1964   unsigned int b = c[10] + c[11];
1965   if(b > a*2) a = 4;
1966   else a = 8;
1967   return a + 7;
1968 }
1969
1970 into
1971
1972 define i32 @g(i32 a) nounwind readnone {
1973   %add = shl i32 %a, 1
1974   %mul = shl i32 %a, 1
1975   %cmp = icmp ugt i32 %add, %mul
1976   %a.addr.0 = select i1 %cmp, i32 11, i32 15
1977   ret i32 %a.addr.0
1978 }
1979
1980 The icmp should fold to false. This CSE opportunity is only available
1981 after GVN and InstCombine have run.
1982
1983 //===---------------------------------------------------------------------===//
1984
1985 memcpyopt should turn this:
1986
1987 define i8* @test10(i32 %x) {
1988   %alloc = call noalias i8* @malloc(i32 %x) nounwind
1989   call void @llvm.memset.p0i8.i32(i8* %alloc, i8 0, i32 %x, i32 1, i1 false)
1990   ret i8* %alloc
1991 }
1992
1993 into a call to calloc.  We should make sure that we analyze calloc as
1994 aggressively as malloc though.
1995
1996 //===---------------------------------------------------------------------===//
1997
1998 clang -O3 doesn't optimize this:
1999
2000 void f1(int* begin, int* end) {
2001   std::fill(begin, end, 0);
2002 }
2003
2004 into a memset.  This is PR8942.
2005
2006 //===---------------------------------------------------------------------===//
2007
2008 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2009
2010 void f(int N) {
2011   std::vector<int> v(N);
2012
2013   extern void sink(void*); sink(&v);
2014 }
2015
2016 into
2017
2018 define void @_Z1fi(i32 %N) nounwind {
2019 entry:
2020   %v2 = alloca [3 x i32*], align 8
2021   %v2.sub = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 0
2022   %tmpcast = bitcast [3 x i32*]* %v2 to %"class.std::vector"*
2023   %conv = sext i32 %N to i64
2024   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2025   %tmp3.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 1
2026   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2027   %tmp4.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 2
2028   store i32* null, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2029   %cmp.i.i.i.i = icmp eq i32 %N, 0
2030   br i1 %cmp.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i, label %cond.true.i.i.i.i
2031
2032 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i: ; preds = %entry
2033   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2034   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2035   %add.ptr.i5.i.i = getelementptr inbounds i32* null, i64 %conv
2036   store i32* %add.ptr.i5.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2037   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2038
2039 cond.true.i.i.i.i:                                ; preds = %entry
2040   %cmp.i.i.i.i.i = icmp slt i32 %N, 0
2041   br i1 %cmp.i.i.i.i.i, label %if.then.i.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i
2042
2043 if.then.i.i.i.i.i:                                ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2044   call void @_ZSt17__throw_bad_allocv() noreturn nounwind
2045   unreachable
2046
2047 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i:    ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2048   %mul.i.i.i.i.i = shl i64 %conv, 2
2049   %call3.i.i.i.i.i = call noalias i8* @_Znwm(i64 %mul.i.i.i.i.i) nounwind
2050   %0 = bitcast i8* %call3.i.i.i.i.i to i32*
2051   store i32* %0, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2052   store i32* %0, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2053   %add.ptr.i.i.i = getelementptr inbounds i32* %0, i64 %conv
2054   store i32* %add.ptr.i.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2055   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)
2056   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2057
2058 This is just the handling the construction of the vector. Most surprising here
2059 is the fact that all three null stores in %entry are dead (because we do no
2060 cross-block DSE).
2061
2062 Also surprising is that %conv isn't simplified to 0 in %....exit.thread.i.i.
2063 This is a because the client of LazyValueInfo doesn't simplify all instruction
2064 operands, just selected ones.
2065
2066 //===---------------------------------------------------------------------===//
2067
2068 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2069
2070 void f(char* a, int n) {
2071   __builtin_memset(a, 0, n);
2072   for (int i = 0; i < n; ++i)
2073     a[i] = 0;
2074 }
2075
2076 into:
2077
2078 define void @_Z1fPci(i8* nocapture %a, i32 %n) nounwind {
2079 entry:
2080   %conv = sext i32 %n to i64
2081   tail call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %conv, i32 1, i1 false)
2082   %cmp8 = icmp sgt i32 %n, 0
2083   br i1 %cmp8, label %for.body.lr.ph, label %for.end
2084
2085 for.body.lr.ph:                                   ; preds = %entry
2086   %tmp10 = add i32 %n, -1
2087   %tmp11 = zext i32 %tmp10 to i64
2088   %tmp12 = add i64 %tmp11, 1
2089   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %tmp12, i32 1, i1 false)
2090   ret void
2091
2092 for.end:                                          ; preds = %entry
2093   ret void
2094 }
2095
2096 This shouldn't need the ((zext (%n - 1)) + 1) game, and it should ideally fold
2097 the two memset's together. The issue with %n seems to stem from poor handling
2098 of the original loop.
2099
2100 To simplify this, we need SCEV to know that "n != 0" because of the dominating
2101 conditional.  That would turn the second memset into a simple memset of 'n'.
2102
2103 //===---------------------------------------------------------------------===//
2104
2105 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2106
2107 struct S {
2108   unsigned short m1, m2;
2109   unsigned char m3, m4;
2110 };
2111
2112 void f(int N) {
2113   std::vector<S> v(N);
2114   extern void sink(void*); sink(&v);
2115 }
2116
2117 into poor code for zero-initializing 'v' when N is >0. The problem is that
2118 S is only 6 bytes, but each element is 8 byte-aligned. We generate a loop and
2119 4 stores on each iteration. If the struct were 8 bytes, this gets turned into
2120 a memset.
2121
2122 In order to handle this we have to:
2123   A) Teach clang to generate metadata for memsets of structs that have holes in
2124      them.
2125   B) Teach clang to use such a memset for zero init of this struct (since it has
2126      a hole), instead of doing elementwise zeroing.
2127
2128 //===---------------------------------------------------------------------===//
2129
2130 clang -O3 currently compiles this code:
2131
2132 extern const int magic;
2133 double f() { return 0.0 * magic; }
2134
2135 into
2136
2137 @magic = external constant i32
2138
2139 define double @_Z1fv() nounwind readnone {
2140 entry:
2141   %tmp = load i32* @magic, align 4, !tbaa !0
2142   %conv = sitofp i32 %tmp to double
2143   %mul = fmul double %conv, 0.000000e+00
2144   ret double %mul
2145 }
2146
2147 We should be able to fold away this fmul to 0.0.  More generally, fmul(x,0.0)
2148 can be folded to 0.0 if we can prove that the LHS is not -0.0, not a NaN, and
2149 not an INF.  The CannotBeNegativeZero predicate in value tracking should be
2150 extended to support general "fpclassify" operations that can return 
2151 yes/no/unknown for each of these predicates.
2152
2153 In this predicate, we know that uitofp is trivially never NaN or -0.0, and
2154 we know that it isn't +/-Inf if the floating point type has enough exponent bits
2155 to represent the largest integer value as < inf.
2156
2157 //===---------------------------------------------------------------------===//
2158
2159 When optimizing a transformation that can change the sign of 0.0 (such as the
2160 0.0*val -> 0.0 transformation above), it might be provable that the sign of the
2161 expression doesn't matter.  For example, by the above rules, we can't transform
2162 fmul(sitofp(x), 0.0) into 0.0, because x might be -1 and the result of the
2163 expression is defined to be -0.0.
2164
2165 If we look at the uses of the fmul for example, we might be able to prove that
2166 all uses don't care about the sign of zero.  For example, if we have:
2167
2168   fadd(fmul(sitofp(x), 0.0), 2.0)
2169
2170 Since we know that x+2.0 doesn't care about the sign of any zeros in X, we can
2171 transform the fmul to 0.0, and then the fadd to 2.0.
2172
2173 //===---------------------------------------------------------------------===//
2174
2175 We should enhance memcpy/memcpy/memset to allow a metadata node on them
2176 indicating that some bytes of the transfer are undefined.  This is useful for
2177 frontends like clang when lowering struct copies, when some elements of the
2178 struct are undefined.  Consider something like this:
2179
2180 struct x {
2181   char a;
2182   int b[4];
2183 };
2184 void foo(struct x*P);
2185 struct x testfunc() {
2186   struct x V1, V2;
2187   foo(&V1);
2188   V2 = V1;
2189
2190   return V2;
2191 }
2192
2193 We currently compile this to:
2194 $ clang t.c -S -o - -O0 -emit-llvm | opt -scalarrepl -S
2195
2196
2197 %struct.x = type { i8, [4 x i32] }
2198
2199 define void @testfunc(%struct.x* sret %agg.result) nounwind ssp {
2200 entry:
2201   %V1 = alloca %struct.x, align 4
2202   call void @foo(%struct.x* %V1)
2203   %tmp1 = bitcast %struct.x* %V1 to i8*
2204   %0 = bitcast %struct.x* %V1 to i160*
2205   %srcval1 = load i160* %0, align 4
2206   %tmp2 = bitcast %struct.x* %agg.result to i8*
2207   %1 = bitcast %struct.x* %agg.result to i160*
2208   store i160 %srcval1, i160* %1, align 4
2209   ret void
2210 }
2211
2212 This happens because SRoA sees that the temp alloca has is being memcpy'd into
2213 and out of and it has holes and it has to be conservative.  If we knew about the
2214 holes, then this could be much much better.
2215
2216 Having information about these holes would also improve memcpy (etc) lowering at
2217 llc time when it gets inlined, because we can use smaller transfers.  This also
2218 avoids partial register stalls in some important cases.
2219
2220 //===---------------------------------------------------------------------===//
2221
2222 Some missed instcombine xforms (from GCC PR14753):
2223
2224 void bar (void);
2225
2226 void mask_gt (unsigned int a) {
2227 /* This is equivalent to a > 15.  */
2228 if ((a & ~7) > 8)
2229 bar();
2230 }
2231
2232 void neg_eq_cst(unsigned int a) {
2233 if (-a == 123)
2234 bar();
2235 }
2236
2237 void minus_cst(unsigned int a) {
2238 if (20 - a == 5)
2239 bar();
2240 }
2241
2242 void rotate_cst (unsigned a) {
2243 a = (a << 10) | (a >> 22);
2244 if (a == 123)
2245 bar ();
2246 }
2247
2248 //===---------------------------------------------------------------------===//
2249