with recent work, we now optimize this into:
[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 This loop isn't converted to a memset:
293
294 void f(char *dest, int n) {
295   for (int i = 0; i < n; ++i) {
296     dest[n] = 0;
297   }
298 }
299
300 //===---------------------------------------------------------------------===//
301
302 These should turn into single 16-bit (unaligned?) loads on little/big endian
303 processors.
304
305 unsigned short read_16_le(const unsigned char *adr) {
306   return adr[0] | (adr[1] << 8);
307 }
308 unsigned short read_16_be(const unsigned char *adr) {
309   return (adr[0] << 8) | adr[1];
310 }
311
312 //===---------------------------------------------------------------------===//
313
314 -instcombine should handle this transform:
315    icmp pred (sdiv X / C1 ), C2
316 when X, C1, and C2 are unsigned.  Similarly for udiv and signed operands. 
317
318 Currently InstCombine avoids this transform but will do it when the signs of
319 the operands and the sign of the divide match. See the FIXME in 
320 InstructionCombining.cpp in the visitSetCondInst method after the switch case 
321 for Instruction::UDiv (around line 4447) for more details.
322
323 The SingleSource/Benchmarks/Shootout-C++/hash and hash2 tests have examples of
324 this construct. 
325
326 //===---------------------------------------------------------------------===//
327
328 [LOOP OPTIMIZATION]
329
330 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c shows several interesting optimization
331 opportunities in its double_array_divs_variable function: it needs loop
332 interchange, memory promotion (which LICM already does), vectorization and
333 variable trip count loop unrolling (since it has a constant trip count). ICC
334 apparently produces this very nice code with -ffast-math:
335
336 ..B1.70:                        # Preds ..B1.70 ..B1.69
337        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
338        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
339        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
340        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
341        addl      $8, %edx                                      #
342        cmpl      $131072, %edx                                 #108.2
343        jb        ..B1.70       # Prob 99%                      #108.2
344
345 It would be better to count down to zero, but this is a lot better than what we
346 do.
347
348 //===---------------------------------------------------------------------===//
349
350 Consider:
351
352 typedef unsigned U32;
353 typedef unsigned long long U64;
354 int test (U32 *inst, U64 *regs) {
355     U64 effective_addr2;
356     U32 temp = *inst;
357     int r1 = (temp >> 20) & 0xf;
358     int b2 = (temp >> 16) & 0xf;
359     effective_addr2 = temp & 0xfff;
360     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
361     b2 = (temp >> 12) & 0xf;
362     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
363     effective_addr2 &= regs[4];
364      if ((effective_addr2 & 3) == 0)
365         return 1;
366     return 0;
367 }
368
369 Note that only the low 2 bits of effective_addr2 are used.  On 32-bit systems,
370 we don't eliminate the computation of the top half of effective_addr2 because
371 we don't have whole-function selection dags.  On x86, this means we use one
372 extra register for the function when effective_addr2 is declared as U64 than
373 when it is declared U32.
374
375 PHI Slicing could be extended to do this.
376
377 //===---------------------------------------------------------------------===//
378
379 LSR should know what GPR types a target has from TargetData.  This code:
380
381 volatile short X, Y; // globals
382
383 void foo(int N) {
384   int i;
385   for (i = 0; i < N; i++) { X = i; Y = i*4; }
386 }
387
388 produces two near identical IV's (after promotion) on PPC/ARM:
389
390 LBB1_2:
391         ldr r3, LCPI1_0
392         ldr r3, [r3]
393         strh r2, [r3]
394         ldr r3, LCPI1_1
395         ldr r3, [r3]
396         strh r1, [r3]
397         add r1, r1, #4
398         add r2, r2, #1   <- [0,+,1]
399         sub r0, r0, #1   <- [0,-,1]
400         cmp r0, #0
401         bne LBB1_2
402
403 LSR should reuse the "+" IV for the exit test.
404
405 //===---------------------------------------------------------------------===//
406
407 Tail call elim should be more aggressive, checking to see if the call is
408 followed by an uncond branch to an exit block.
409
410 ; This testcase is due to tail-duplication not wanting to copy the return
411 ; instruction into the terminating blocks because there was other code
412 ; optimized out of the function after the taildup happened.
413 ; RUN: llvm-as < %s | opt -tailcallelim | llvm-dis | not grep call
414
415 define i32 @t4(i32 %a) {
416 entry:
417         %tmp.1 = and i32 %a, 1          ; <i32> [#uses=1]
418         %tmp.2 = icmp ne i32 %tmp.1, 0          ; <i1> [#uses=1]
419         br i1 %tmp.2, label %then.0, label %else.0
420
421 then.0:         ; preds = %entry
422         %tmp.5 = add i32 %a, -1         ; <i32> [#uses=1]
423         %tmp.3 = call i32 @t4( i32 %tmp.5 )             ; <i32> [#uses=1]
424         br label %return
425
426 else.0:         ; preds = %entry
427         %tmp.7 = icmp ne i32 %a, 0              ; <i1> [#uses=1]
428         br i1 %tmp.7, label %then.1, label %return
429
430 then.1:         ; preds = %else.0
431         %tmp.11 = add i32 %a, -2                ; <i32> [#uses=1]
432         %tmp.9 = call i32 @t4( i32 %tmp.11 )            ; <i32> [#uses=1]
433         br label %return
434
435 return:         ; preds = %then.1, %else.0, %then.0
436         %result.0 = phi i32 [ 0, %else.0 ], [ %tmp.3, %then.0 ],
437                             [ %tmp.9, %then.1 ]
438         ret i32 %result.0
439 }
440
441 //===---------------------------------------------------------------------===//
442
443 Tail recursion elimination should handle:
444
445 int pow2m1(int n) {
446  if (n == 0)
447    return 0;
448  return 2 * pow2m1 (n - 1) + 1;
449 }
450
451 Also, multiplies can be turned into SHL's, so they should be handled as if
452 they were associative.  "return foo() << 1" can be tail recursion eliminated.
453
454 //===---------------------------------------------------------------------===//
455
456 Argument promotion should promote arguments for recursive functions, like 
457 this:
458
459 ; RUN: llvm-as < %s | opt -argpromotion | llvm-dis | grep x.val
460
461 define internal i32 @foo(i32* %x) {
462 entry:
463         %tmp = load i32* %x             ; <i32> [#uses=0]
464         %tmp.foo = call i32 @foo( i32* %x )             ; <i32> [#uses=1]
465         ret i32 %tmp.foo
466 }
467
468 define i32 @bar(i32* %x) {
469 entry:
470         %tmp3 = call i32 @foo( i32* %x )                ; <i32> [#uses=1]
471         ret i32 %tmp3
472 }
473
474 //===---------------------------------------------------------------------===//
475
476 We should investigate an instruction sinking pass.  Consider this silly
477 example in pic mode:
478
479 #include <assert.h>
480 void foo(int x) {
481   assert(x);
482   //...
483 }
484
485 we compile this to:
486 _foo:
487         subl    $28, %esp
488         call    "L1$pb"
489 "L1$pb":
490         popl    %eax
491         cmpl    $0, 32(%esp)
492         je      LBB1_2  # cond_true
493 LBB1_1: # return
494         # ...
495         addl    $28, %esp
496         ret
497 LBB1_2: # cond_true
498 ...
499
500 The PIC base computation (call+popl) is only used on one path through the 
501 code, but is currently always computed in the entry block.  It would be 
502 better to sink the picbase computation down into the block for the 
503 assertion, as it is the only one that uses it.  This happens for a lot of 
504 code with early outs.
505
506 Another example is loads of arguments, which are usually emitted into the 
507 entry block on targets like x86.  If not used in all paths through a 
508 function, they should be sunk into the ones that do.
509
510 In this case, whole-function-isel would also handle this.
511
512 //===---------------------------------------------------------------------===//
513
514 Investigate lowering of sparse switch statements into perfect hash tables:
515 http://burtleburtle.net/bob/hash/perfect.html
516
517 //===---------------------------------------------------------------------===//
518
519 We should turn things like "load+fabs+store" and "load+fneg+store" into the
520 corresponding integer operations.  On a yonah, this loop:
521
522 double a[256];
523 void foo() {
524   int i, b;
525   for (b = 0; b < 10000000; b++)
526   for (i = 0; i < 256; i++)
527     a[i] = -a[i];
528 }
529
530 is twice as slow as this loop:
531
532 long long a[256];
533 void foo() {
534   int i, b;
535   for (b = 0; b < 10000000; b++)
536   for (i = 0; i < 256; i++)
537     a[i] ^= (1ULL << 63);
538 }
539
540 and I suspect other processors are similar.  On X86 in particular this is a
541 big win because doing this with integers allows the use of read/modify/write
542 instructions.
543
544 //===---------------------------------------------------------------------===//
545
546 DAG Combiner should try to combine small loads into larger loads when 
547 profitable.  For example, we compile this C++ example:
548
549 struct THotKey { short Key; bool Control; bool Shift; bool Alt; };
550 extern THotKey m_HotKey;
551 THotKey GetHotKey () { return m_HotKey; }
552
553 into (-m64 -O3 -fno-exceptions -static -fomit-frame-pointer):
554
555 __Z9GetHotKeyv:                         ## @_Z9GetHotKeyv
556         movq    _m_HotKey@GOTPCREL(%rip), %rax
557         movzwl  (%rax), %ecx
558         movzbl  2(%rax), %edx
559         shlq    $16, %rdx
560         orq     %rcx, %rdx
561         movzbl  3(%rax), %ecx
562         shlq    $24, %rcx
563         orq     %rdx, %rcx
564         movzbl  4(%rax), %eax
565         shlq    $32, %rax
566         orq     %rcx, %rax
567         ret
568
569 //===---------------------------------------------------------------------===//
570
571 We should add an FRINT node to the DAG to model targets that have legal
572 implementations of ceil/floor/rint.
573
574 //===---------------------------------------------------------------------===//
575
576 Consider:
577
578 int test() {
579   long long input[8] = {1,0,1,0,1,0,1,0};
580   foo(input);
581 }
582
583 Clang compiles this into:
584
585   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %tmp, i8 0, i64 64, i32 16, i1 false)
586   %0 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 0
587   store i64 1, i64* %0, align 16
588   %1 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 2
589   store i64 1, i64* %1, align 16
590   %2 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 4
591   store i64 1, i64* %2, align 16
592   %3 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 6
593   store i64 1, i64* %3, align 16
594
595 Which gets codegen'd into:
596
597         pxor    %xmm0, %xmm0
598         movaps  %xmm0, -16(%rbp)
599         movaps  %xmm0, -32(%rbp)
600         movaps  %xmm0, -48(%rbp)
601         movaps  %xmm0, -64(%rbp)
602         movq    $1, -64(%rbp)
603         movq    $1, -48(%rbp)
604         movq    $1, -32(%rbp)
605         movq    $1, -16(%rbp)
606
607 It would be better to have 4 movq's of 0 instead of the movaps's.
608
609 //===---------------------------------------------------------------------===//
610
611 http://llvm.org/PR717:
612
613 The following code should compile into "ret int undef". Instead, LLVM
614 produces "ret int 0":
615
616 int f() {
617   int x = 4;
618   int y;
619   if (x == 3) y = 0;
620   return y;
621 }
622
623 //===---------------------------------------------------------------------===//
624
625 The loop unroller should partially unroll loops (instead of peeling them)
626 when code growth isn't too bad and when an unroll count allows simplification
627 of some code within the loop.  One trivial example is:
628
629 #include <stdio.h>
630 int main() {
631     int nRet = 17;
632     int nLoop;
633     for ( nLoop = 0; nLoop < 1000; nLoop++ ) {
634         if ( nLoop & 1 )
635             nRet += 2;
636         else
637             nRet -= 1;
638     }
639     return nRet;
640 }
641
642 Unrolling by 2 would eliminate the '&1' in both copies, leading to a net
643 reduction in code size.  The resultant code would then also be suitable for
644 exit value computation.
645
646 //===---------------------------------------------------------------------===//
647
648 We miss a bunch of rotate opportunities on various targets, including ppc, x86,
649 etc.  On X86, we miss a bunch of 'rotate by variable' cases because the rotate
650 matching code in dag combine doesn't look through truncates aggressively 
651 enough.  Here are some testcases reduces from GCC PR17886:
652
653 unsigned long long f5(unsigned long long x, unsigned long long y) {
654   return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
655 }
656 unsigned long long f6(unsigned long long x, unsigned long long y, int z) {
657   switch(z) {
658   case 1:
659     return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
660   case 2:
661     return (x << 16) | ((y >> 40) & 0xffffull);
662   case 3:
663     return (x << 24) | ((y >> 32) & 0xffffffull);
664   case 4:
665     return (x << 32) | ((y >> 24) & 0xffffffffull);
666   default:
667     return (x << 40) | ((y >> 16) & 0xffffffffffull);
668   }
669 }
670
671 //===---------------------------------------------------------------------===//
672
673 This (and similar related idioms):
674
675 unsigned int foo(unsigned char i) {
676   return i | (i<<8) | (i<<16) | (i<<24);
677
678
679 compiles into:
680
681 define i32 @foo(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
682 entry:
683   %conv = zext i8 %i to i32
684   %shl = shl i32 %conv, 8
685   %shl5 = shl i32 %conv, 16
686   %shl9 = shl i32 %conv, 24
687   %or = or i32 %shl9, %conv
688   %or6 = or i32 %or, %shl5
689   %or10 = or i32 %or6, %shl
690   ret i32 %or10
691 }
692
693 it would be better as:
694
695 unsigned int bar(unsigned char i) {
696   unsigned int j=i | (i << 8); 
697   return j | (j<<16);
698 }
699
700 aka:
701
702 define i32 @bar(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
703 entry:
704   %conv = zext i8 %i to i32
705   %shl = shl i32 %conv, 8
706   %or = or i32 %shl, %conv
707   %shl5 = shl i32 %or, 16
708   %or6 = or i32 %shl5, %or
709   ret i32 %or6
710 }
711
712 or even i*0x01010101, depending on the speed of the multiplier.  The best way to
713 handle this is to canonicalize it to a multiply in IR and have codegen handle
714 lowering multiplies to shifts on cpus where shifts are faster.
715
716 //===---------------------------------------------------------------------===//
717
718 We do a number of simplifications in simplify libcalls to strength reduce
719 standard library functions, but we don't currently merge them together.  For
720 example, it is useful to merge memcpy(a,b,strlen(b)) -> strcpy.  This can only
721 be done safely if "b" isn't modified between the strlen and memcpy of course.
722
723 //===---------------------------------------------------------------------===//
724
725 We compile this program: (from GCC PR11680)
726 http://gcc.gnu.org/bugzilla/attachment.cgi?id=4487
727
728 Into code that runs the same speed in fast/slow modes, but both modes run 2x
729 slower than when compile with GCC (either 4.0 or 4.2):
730
731 $ llvm-g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
732 $ time ./a.out fast
733 1.821u 0.003s 0:01.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
734
735 $ g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
736 $ time ./a.out fast
737 0.821u 0.001s 0:00.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
738
739 It looks like we are making the same inlining decisions, so this may be raw
740 codegen badness or something else (haven't investigated).
741
742 //===---------------------------------------------------------------------===//
743
744 We miss some instcombines for stuff like this:
745 void bar (void);
746 void foo (unsigned int a) {
747   /* This one is equivalent to a >= (3 << 2).  */
748   if ((a >> 2) >= 3)
749     bar ();
750 }
751
752 A few other related ones are in GCC PR14753.
753
754 //===---------------------------------------------------------------------===//
755
756 Divisibility by constant can be simplified (according to GCC PR12849) from
757 being a mulhi to being a mul lo (cheaper).  Testcase:
758
759 void bar(unsigned n) {
760   if (n % 3 == 0)
761     true();
762 }
763
764 This is equivalent to the following, where 2863311531 is the multiplicative
765 inverse of 3, and 1431655766 is ((2^32)-1)/3+1:
766 void bar(unsigned n) {
767   if (n * 2863311531U < 1431655766U)
768     true();
769 }
770
771 The same transformation can work with an even modulo with the addition of a
772 rotate: rotate the result of the multiply to the right by the number of bits
773 which need to be zero for the condition to be true, and shrink the compare RHS
774 by the same amount.  Unless the target supports rotates, though, that
775 transformation probably isn't worthwhile.
776
777 The transformation can also easily be made to work with non-zero equality
778 comparisons: just transform, for example, "n % 3 == 1" to "(n-1) % 3 == 0".
779
780 //===---------------------------------------------------------------------===//
781
782 Better mod/ref analysis for scanf would allow us to eliminate the vtable and a
783 bunch of other stuff from this example (see PR1604): 
784
785 #include <cstdio>
786 struct test {
787     int val;
788     virtual ~test() {}
789 };
790
791 int main() {
792     test t;
793     std::scanf("%d", &t.val);
794     std::printf("%d\n", t.val);
795 }
796
797 //===---------------------------------------------------------------------===//
798
799 These functions perform the same computation, but produce different assembly.
800
801 define i8 @select(i8 %x) readnone nounwind {
802   %A = icmp ult i8 %x, 250
803   %B = select i1 %A, i8 0, i8 1
804   ret i8 %B 
805 }
806
807 define i8 @addshr(i8 %x) readnone nounwind {
808   %A = zext i8 %x to i9
809   %B = add i9 %A, 6       ;; 256 - 250 == 6
810   %C = lshr i9 %B, 8
811   %D = trunc i9 %C to i8
812   ret i8 %D
813 }
814
815 //===---------------------------------------------------------------------===//
816
817 From gcc bug 24696:
818 int
819 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
820 {
821   return ((a & (c - 1)) != 0) || ((b & (c - 1)) != 0);
822 }
823 int
824 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
825 {
826   return ((a & (c - 1)) != 0) | ((b & (c - 1)) != 0);
827 }
828 Both should combine to ((a|b) & (c-1)) != 0.  Currently not optimized with
829 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
830
831 //===---------------------------------------------------------------------===//
832
833 From GCC Bug 20192:
834 #define PMD_MASK    (~((1UL << 23) - 1))
835 void clear_pmd_range(unsigned long start, unsigned long end)
836 {
837    if (!(start & ~PMD_MASK) && !(end & ~PMD_MASK))
838        f();
839 }
840 The expression should optimize to something like
841 "!((start|end)&~PMD_MASK). Currently not optimized with "clang
842 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
843
844 //===---------------------------------------------------------------------===//
845
846 unsigned int f(unsigned int i, unsigned int n) {++i; if (i == n) ++i; return
847 i;}
848 unsigned int f2(unsigned int i, unsigned int n) {++i; i += i == n; return i;}
849 These should combine to the same thing.  Currently, the first function
850 produces better code on X86.
851
852 //===---------------------------------------------------------------------===//
853
854 From GCC Bug 15784:
855 #define abs(x) x>0?x:-x
856 int f(int x, int y)
857 {
858  return (abs(x)) >= 0;
859 }
860 This should optimize to x == INT_MIN. (With -fwrapv.)  Currently not
861 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
862
863 //===---------------------------------------------------------------------===//
864
865 From GCC Bug 14753:
866 void
867 rotate_cst (unsigned int a)
868 {
869  a = (a << 10) | (a >> 22);
870  if (a == 123)
871    bar ();
872 }
873 void
874 minus_cst (unsigned int a)
875 {
876  unsigned int tem;
877
878  tem = 20 - a;
879  if (tem == 5)
880    bar ();
881 }
882 void
883 mask_gt (unsigned int a)
884 {
885  /* This is equivalent to a > 15.  */
886  if ((a & ~7) > 8)
887    bar ();
888 }
889 void
890 rshift_gt (unsigned int a)
891 {
892  /* This is equivalent to a > 23.  */
893  if ((a >> 2) > 5)
894    bar ();
895 }
896 All should simplify to a single comparison.  All of these are
897 currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt
898 -std-compile-opts".
899
900 //===---------------------------------------------------------------------===//
901
902 From GCC Bug 32605:
903 int c(int* x) {return (char*)x+2 == (char*)x;}
904 Should combine to 0.  Currently not optimized with "clang
905 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts" (although llc can optimize it).
906
907 //===---------------------------------------------------------------------===//
908
909 int a(unsigned b) {return ((b << 31) | (b << 30)) >> 31;}
910 Should be combined to  "((b >> 1) | b) & 1".  Currently not optimized
911 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
912
913 //===---------------------------------------------------------------------===//
914
915 unsigned a(unsigned x, unsigned y) { return x | (y & 1) | (y & 2);}
916 Should combine to "x | (y & 3)".  Currently not optimized with "clang
917 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
918
919 //===---------------------------------------------------------------------===//
920
921 int a(int a, int b, int c) {return (~a & c) | ((c|a) & b);}
922 Should fold to "(~a & c) | (a & b)".  Currently not optimized with
923 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
924
925 //===---------------------------------------------------------------------===//
926
927 int a(int a,int b) {return (~(a|b))|a;}
928 Should fold to "a|~b".  Currently not optimized with "clang
929 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
930
931 //===---------------------------------------------------------------------===//
932
933 int a(int a, int b) {return (a&&b) || (a&&!b);}
934 Should fold to "a".  Currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc
935 | opt -std-compile-opts".
936
937 //===---------------------------------------------------------------------===//
938
939 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (!a&&c);}
940 Should fold to "a ? b : c", or at least something sane.  Currently not
941 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
942
943 //===---------------------------------------------------------------------===//
944
945 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (a&&c) || (a&&b&&c);}
946 Should fold to a && (b || c).  Currently not optimized with "clang
947 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
948
949 //===---------------------------------------------------------------------===//
950
951 int a(int x) {return x | ((x & 8) ^ 8);}
952 Should combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
953 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
954
955 //===---------------------------------------------------------------------===//
956
957 int a(int x) {return x ^ ((x & 8) ^ 8);}
958 Should also combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
959 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
960
961 //===---------------------------------------------------------------------===//
962
963 int a(int x) {return ((x | -9) ^ 8) & x;}
964 Should combine to x & -9.  Currently not optimized with "clang
965 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
966
967 //===---------------------------------------------------------------------===//
968
969 unsigned a(unsigned a) {return a * 0x11111111 >> 28 & 1;}
970 Should combine to "a * 0x88888888 >> 31".  Currently not optimized
971 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
972
973 //===---------------------------------------------------------------------===//
974
975 unsigned a(char* x) {if ((*x & 32) == 0) return b();}
976 There's an unnecessary zext in the generated code with "clang
977 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
978
979 //===---------------------------------------------------------------------===//
980
981 unsigned a(unsigned long long x) {return 40 * (x >> 1);}
982 Should combine to "20 * (((unsigned)x) & -2)".  Currently not
983 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
984
985 //===---------------------------------------------------------------------===//
986
987 This was noticed in the entryblock for grokdeclarator in 403.gcc:
988
989         %tmp = icmp eq i32 %decl_context, 4          
990         %decl_context_addr.0 = select i1 %tmp, i32 3, i32 %decl_context 
991         %tmp1 = icmp eq i32 %decl_context_addr.0, 1 
992         %decl_context_addr.1 = select i1 %tmp1, i32 0, i32 %decl_context_addr.0
993
994 tmp1 should be simplified to something like:
995   (!tmp || decl_context == 1)
996
997 This allows recursive simplifications, tmp1 is used all over the place in
998 the function, e.g. by:
999
1000         %tmp23 = icmp eq i32 %decl_context_addr.1, 0            ; <i1> [#uses=1]
1001         %tmp24 = xor i1 %tmp1, true             ; <i1> [#uses=1]
1002         %or.cond8 = and i1 %tmp23, %tmp24               ; <i1> [#uses=1]
1003
1004 later.
1005
1006 //===---------------------------------------------------------------------===//
1007
1008 [STORE SINKING]
1009
1010 Store sinking: This code:
1011
1012 void f (int n, int *cond, int *res) {
1013     int i;
1014     *res = 0;
1015     for (i = 0; i < n; i++)
1016         if (*cond)
1017             *res ^= 234; /* (*) */
1018 }
1019
1020 On this function GVN hoists the fully redundant value of *res, but nothing
1021 moves the store out.  This gives us this code:
1022
1023 bb:             ; preds = %bb2, %entry
1024         %.rle = phi i32 [ 0, %entry ], [ %.rle6, %bb2 ] 
1025         %i.05 = phi i32 [ 0, %entry ], [ %indvar.next, %bb2 ]
1026         %1 = load i32* %cond, align 4
1027         %2 = icmp eq i32 %1, 0
1028         br i1 %2, label %bb2, label %bb1
1029
1030 bb1:            ; preds = %bb
1031         %3 = xor i32 %.rle, 234 
1032         store i32 %3, i32* %res, align 4
1033         br label %bb2
1034
1035 bb2:            ; preds = %bb, %bb1
1036         %.rle6 = phi i32 [ %3, %bb1 ], [ %.rle, %bb ]   
1037         %indvar.next = add i32 %i.05, 1 
1038         %exitcond = icmp eq i32 %indvar.next, %n
1039         br i1 %exitcond, label %return, label %bb
1040
1041 DSE should sink partially dead stores to get the store out of the loop.
1042
1043 Here's another partial dead case:
1044 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12395
1045
1046 //===---------------------------------------------------------------------===//
1047
1048 Scalar PRE hoists the mul in the common block up to the else:
1049
1050 int test (int a, int b, int c, int g) {
1051   int d, e;
1052   if (a)
1053     d = b * c;
1054   else
1055     d = b - c;
1056   e = b * c + g;
1057   return d + e;
1058 }
1059
1060 It would be better to do the mul once to reduce codesize above the if.
1061 This is GCC PR38204.
1062
1063
1064 //===---------------------------------------------------------------------===//
1065 This simple function from 179.art:
1066
1067 int winner, numf2s;
1068 struct { double y; int   reset; } *Y;
1069
1070 void find_match() {
1071    int i;
1072    winner = 0;
1073    for (i=0;i<numf2s;i++)
1074        if (Y[i].y > Y[winner].y)
1075               winner =i;
1076 }
1077
1078 Compiles into (with clang TBAA):
1079
1080 for.body:                                         ; preds = %for.inc, %bb.nph
1081   %indvar = phi i64 [ 0, %bb.nph ], [ %indvar.next, %for.inc ]
1082   %i.01718 = phi i32 [ 0, %bb.nph ], [ %i.01719, %for.inc ]
1083   %tmp4 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %indvar, i32 0
1084   %tmp5 = load double* %tmp4, align 8, !tbaa !4
1085   %idxprom7 = sext i32 %i.01718 to i64
1086   %tmp10 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %idxprom7, i32 0
1087   %tmp11 = load double* %tmp10, align 8, !tbaa !4
1088   %cmp12 = fcmp ogt double %tmp5, %tmp11
1089   br i1 %cmp12, label %if.then, label %for.inc
1090
1091 if.then:                                          ; preds = %for.body
1092   %i.017 = trunc i64 %indvar to i32
1093   br label %for.inc
1094
1095 for.inc:                                          ; preds = %for.body, %if.then
1096   %i.01719 = phi i32 [ %i.01718, %for.body ], [ %i.017, %if.then ]
1097   %indvar.next = add i64 %indvar, 1
1098   %exitcond = icmp eq i64 %indvar.next, %tmp22
1099   br i1 %exitcond, label %for.cond.for.end_crit_edge, label %for.body
1100
1101
1102 It is good that we hoisted the reloads of numf2's, and Y out of the loop and
1103 sunk the store to winner out.
1104
1105 However, this is awful on several levels: the conditional truncate in the loop
1106 (-indvars at fault? why can't we completely promote the IV to i64?).
1107
1108 Beyond that, we have a partially redundant load in the loop: if "winner" (aka 
1109 %i.01718) isn't updated, we reload Y[winner].y the next time through the loop.
1110 Similarly, the addressing that feeds it (including the sext) is redundant. In
1111 the end we get this generated assembly:
1112
1113 LBB0_2:                                 ## %for.body
1114                                         ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
1115         movsd   (%rdi), %xmm0
1116         movslq  %edx, %r8
1117         shlq    $4, %r8
1118         ucomisd (%rcx,%r8), %xmm0
1119         jbe     LBB0_4
1120         movl    %esi, %edx
1121 LBB0_4:                                 ## %for.inc
1122         addq    $16, %rdi
1123         incq    %rsi
1124         cmpq    %rsi, %rax
1125         jne     LBB0_2
1126
1127 All things considered this isn't too bad, but we shouldn't need the movslq or
1128 the shlq instruction, or the load folded into ucomisd every time through the
1129 loop.
1130
1131 On an x86-specific topic, if the loop can't be restructure, the movl should be a
1132 cmov.
1133
1134 //===---------------------------------------------------------------------===//
1135
1136 [STORE SINKING]
1137
1138 GCC PR37810 is an interesting case where we should sink load/store reload
1139 into the if block and outside the loop, so we don't reload/store it on the
1140 non-call path.
1141
1142 for () {
1143   *P += 1;
1144   if ()
1145     call();
1146   else
1147     ...
1148 ->
1149 tmp = *P
1150 for () {
1151   tmp += 1;
1152   if () {
1153     *P = tmp;
1154     call();
1155     tmp = *P;
1156   } else ...
1157 }
1158 *P = tmp;
1159
1160 We now hoist the reload after the call (Transforms/GVN/lpre-call-wrap.ll), but
1161 we don't sink the store.  We need partially dead store sinking.
1162
1163 //===---------------------------------------------------------------------===//
1164
1165 [LOAD PRE CRIT EDGE SPLITTING]
1166
1167 GCC PR37166: Sinking of loads prevents SROA'ing the "g" struct on the stack
1168 leading to excess stack traffic. This could be handled by GVN with some crazy
1169 symbolic phi translation.  The code we get looks like (g is on the stack):
1170
1171 bb2:            ; preds = %bb1
1172 ..
1173         %9 = getelementptr %struct.f* %g, i32 0, i32 0          
1174         store i32 %8, i32* %9, align  bel %bb3
1175
1176 bb3:            ; preds = %bb1, %bb2, %bb
1177         %c_addr.0 = phi %struct.f* [ %g, %bb2 ], [ %c, %bb ], [ %c, %bb1 ]
1178         %b_addr.0 = phi %struct.f* [ %b, %bb2 ], [ %g, %bb ], [ %b, %bb1 ]
1179         %10 = getelementptr %struct.f* %c_addr.0, i32 0, i32 0
1180         %11 = load i32* %10, align 4
1181
1182 %11 is partially redundant, an in BB2 it should have the value %8.
1183
1184 GCC PR33344 and PR35287 are similar cases.
1185
1186
1187 //===---------------------------------------------------------------------===//
1188
1189 [LOAD PRE]
1190
1191 There are many load PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/loadpre* in the
1192 GCC testsuite, ones we don't get yet are (checked through loadpre25):
1193
1194 [CRIT EDGE BREAKING]
1195 loadpre3.c predcom-4.c
1196
1197 [PRE OF READONLY CALL]
1198 loadpre5.c
1199
1200 [TURN SELECT INTO BRANCH]
1201 loadpre14.c loadpre15.c 
1202
1203 actually a conditional increment: loadpre18.c loadpre19.c
1204
1205 //===---------------------------------------------------------------------===//
1206
1207 [LOAD PRE / STORE SINKING / SPEC HACK]
1208
1209 This is a chunk of code from 456.hmmer:
1210
1211 int f(int M, int *mc, int *mpp, int *tpmm, int *ip, int *tpim, int *dpp,
1212      int *tpdm, int xmb, int *bp, int *ms) {
1213  int k, sc;
1214  for (k = 1; k <= M; k++) {
1215      mc[k] = mpp[k-1]   + tpmm[k-1];
1216      if ((sc = ip[k-1]  + tpim[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1217      if ((sc = dpp[k-1] + tpdm[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1218      if ((sc = xmb  + bp[k])         > mc[k])  mc[k] = sc;
1219      mc[k] += ms[k];
1220    }
1221 }
1222
1223 It is very profitable for this benchmark to turn the conditional stores to mc[k]
1224 into a conditional move (select instr in IR) and allow the final store to do the
1225 store.  See GCC PR27313 for more details.  Note that this is valid to xform even
1226 with the new C++ memory model, since mc[k] is previously loaded and later
1227 stored.
1228
1229 //===---------------------------------------------------------------------===//
1230
1231 [SCALAR PRE]
1232 There are many PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/ssa-pre-*.c in the
1233 GCC testsuite.
1234
1235 //===---------------------------------------------------------------------===//
1236
1237 There are some interesting cases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/pred-comm* in the
1238 GCC testsuite.  For example, we get the first example in predcom-1.c, but 
1239 miss the second one:
1240
1241 unsigned fib[1000];
1242 unsigned avg[1000];
1243
1244 __attribute__ ((noinline))
1245 void count_averages(int n) {
1246   int i;
1247   for (i = 1; i < n; i++)
1248     avg[i] = (((unsigned long) fib[i - 1] + fib[i] + fib[i + 1]) / 3) & 0xffff;
1249 }
1250
1251 which compiles into two loads instead of one in the loop.
1252
1253 predcom-2.c is the same as predcom-1.c
1254
1255 predcom-3.c is very similar but needs loads feeding each other instead of
1256 store->load.
1257
1258
1259 //===---------------------------------------------------------------------===//
1260
1261 [ALIAS ANALYSIS]
1262
1263 Type based alias analysis:
1264 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=14705
1265
1266 We should do better analysis of posix_memalign.  At the least it should
1267 no-capture its pointer argument, at best, we should know that the out-value
1268 result doesn't point to anything (like malloc).  One example of this is in
1269 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c
1270
1271 //===---------------------------------------------------------------------===//
1272
1273 Interesting missed case because of control flow flattening (should be 2 loads):
1274 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=26629
1275 With: llvm-gcc t2.c -S -o - -O0 -emit-llvm | llvm-as | 
1276              opt -mem2reg -gvn -instcombine | llvm-dis
1277 we miss it because we need 1) CRIT EDGE 2) MULTIPLE DIFFERENT
1278 VALS PRODUCED BY ONE BLOCK OVER DIFFERENT PATHS
1279
1280 //===---------------------------------------------------------------------===//
1281
1282 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=19633
1283 We could eliminate the branch condition here, loading from null is undefined:
1284
1285 struct S { int w, x, y, z; };
1286 struct T { int r; struct S s; };
1287 void bar (struct S, int);
1288 void foo (int a, struct T b)
1289 {
1290   struct S *c = 0;
1291   if (a)
1292     c = &b.s;
1293   bar (*c, a);
1294 }
1295
1296 //===---------------------------------------------------------------------===//
1297
1298 simplifylibcalls should do several optimizations for strspn/strcspn:
1299
1300 strcspn(x, "a") -> inlined loop for up to 3 letters (similarly for strspn):
1301
1302 size_t __strcspn_c3 (__const char *__s, int __reject1, int __reject2,
1303                      int __reject3) {
1304   register size_t __result = 0;
1305   while (__s[__result] != '\0' && __s[__result] != __reject1 &&
1306          __s[__result] != __reject2 && __s[__result] != __reject3)
1307     ++__result;
1308   return __result;
1309 }
1310
1311 This should turn into a switch on the character.  See PR3253 for some notes on
1312 codegen.
1313
1314 456.hmmer apparently uses strcspn and strspn a lot.  471.omnetpp uses strspn.
1315
1316 //===---------------------------------------------------------------------===//
1317
1318 "gas" uses this idiom:
1319   else if (strchr ("+-/*%|&^:[]()~", *intel_parser.op_string))
1320 ..
1321   else if (strchr ("<>", *intel_parser.op_string)
1322
1323 Those should be turned into a switch.
1324
1325 //===---------------------------------------------------------------------===//
1326
1327 252.eon contains this interesting code:
1328
1329         %3072 = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 0
1330         %3073 = call i8* @strcpy(i8* %3072, i8* %3071) nounwind
1331         %strlen = call i32 @strlen(i8* %3072)    ; uses = 1
1332         %endptr = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 %strlen
1333         call void @llvm.memcpy.i32(i8* %endptr, 
1334           i8* getelementptr ([5 x i8]* @"\01LC42", i32 0, i32 0), i32 5, i32 1)
1335         %3074 = call i32 @strlen(i8* %endptr) nounwind readonly 
1336         
1337 This is interesting for a couple reasons.  First, in this:
1338
1339 The memcpy+strlen strlen can be replaced with:
1340
1341         %3074 = call i32 @strlen([5 x i8]* @"\01LC42") nounwind readonly 
1342
1343 Because the destination was just copied into the specified memory buffer.  This,
1344 in turn, can be constant folded to "4".
1345
1346 In other code, it contains:
1347
1348         %endptr6978 = bitcast i8* %endptr69 to i32*            
1349         store i32 7107374, i32* %endptr6978, align 1
1350         %3167 = call i32 @strlen(i8* %endptr69) nounwind readonly    
1351
1352 Which could also be constant folded.  Whatever is producing this should probably
1353 be fixed to leave this as a memcpy from a string.
1354
1355 Further, eon also has an interesting partially redundant strlen call:
1356
1357 bb8:            ; preds = %_ZN18eonImageCalculatorC1Ev.exit
1358         %682 = getelementptr i8** %argv, i32 6          ; <i8**> [#uses=2]
1359         %683 = load i8** %682, align 4          ; <i8*> [#uses=4]
1360         %684 = load i8* %683, align 1           ; <i8> [#uses=1]
1361         %685 = icmp eq i8 %684, 0               ; <i1> [#uses=1]
1362         br i1 %685, label %bb10, label %bb9
1363
1364 bb9:            ; preds = %bb8
1365         %686 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1366         %687 = icmp ugt i32 %686, 254           ; <i1> [#uses=1]
1367         br i1 %687, label %bb10, label %bb11
1368
1369 bb10:           ; preds = %bb9, %bb8
1370         %688 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1371
1372 This could be eliminated by doing the strlen once in bb8, saving code size and
1373 improving perf on the bb8->9->10 path.
1374
1375 //===---------------------------------------------------------------------===//
1376
1377 I see an interesting fully redundant call to strlen left in 186.crafty:InputMove
1378 which looks like:
1379        %movetext11 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 0 
1380  
1381
1382 bb62:           ; preds = %bb55, %bb53
1383         %promote.0 = phi i32 [ %169, %bb55 ], [ 0, %bb53 ]             
1384         %171 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1385         %172 = add i32 %171, -1         ; <i32> [#uses=1]
1386         %173 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 %172       
1387
1388 ...  no stores ...
1389        br i1 %or.cond, label %bb65, label %bb72
1390
1391 bb65:           ; preds = %bb62
1392         store i8 0, i8* %173, align 1
1393         br label %bb72
1394
1395 bb72:           ; preds = %bb65, %bb62
1396         %trank.1 = phi i32 [ %176, %bb65 ], [ -1, %bb62 ]            
1397         %177 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1398
1399 Note that on the bb62->bb72 path, that the %177 strlen call is partially
1400 redundant with the %171 call.  At worst, we could shove the %177 strlen call
1401 up into the bb65 block moving it out of the bb62->bb72 path.   However, note
1402 that bb65 stores to the string, zeroing out the last byte.  This means that on
1403 that path the value of %177 is actually just %171-1.  A sub is cheaper than a
1404 strlen!
1405
1406 This pattern repeats several times, basically doing:
1407
1408   A = strlen(P);
1409   P[A-1] = 0;
1410   B = strlen(P);
1411   where it is "obvious" that B = A-1.
1412
1413 //===---------------------------------------------------------------------===//
1414
1415 186.crafty has this interesting pattern with the "out.4543" variable:
1416
1417 call void @llvm.memcpy.i32(
1418         i8* getelementptr ([10 x i8]* @out.4543, i32 0, i32 0),
1419        i8* getelementptr ([7 x i8]* @"\01LC28700", i32 0, i32 0), i32 7, i32 1) 
1420 %101 = call@printf(i8* ...   @out.4543, i32 0, i32 0)) nounwind 
1421
1422 It is basically doing:
1423
1424   memcpy(globalarray, "string");
1425   printf(...,  globalarray);
1426   
1427 Anyway, by knowing that printf just reads the memory and forward substituting
1428 the string directly into the printf, this eliminates reads from globalarray.
1429 Since this pattern occurs frequently in crafty (due to the "DisplayTime" and
1430 other similar functions) there are many stores to "out".  Once all the printfs
1431 stop using "out", all that is left is the memcpy's into it.  This should allow
1432 globalopt to remove the "stored only" global.
1433
1434 //===---------------------------------------------------------------------===//
1435
1436 This code:
1437
1438 define inreg i32 @foo(i8* inreg %p) nounwind {
1439   %tmp0 = load i8* %p
1440   %tmp1 = ashr i8 %tmp0, 5
1441   %tmp2 = sext i8 %tmp1 to i32
1442   ret i32 %tmp2
1443 }
1444
1445 could be dagcombine'd to a sign-extending load with a shift.
1446 For example, on x86 this currently gets this:
1447
1448         movb    (%eax), %al
1449         sarb    $5, %al
1450         movsbl  %al, %eax
1451
1452 while it could get this:
1453
1454         movsbl  (%eax), %eax
1455         sarl    $5, %eax
1456
1457 //===---------------------------------------------------------------------===//
1458
1459 GCC PR31029:
1460
1461 int test(int x) { return 1-x == x; }     // --> return false
1462 int test2(int x) { return 2-x == x; }    // --> return x == 1 ?
1463
1464 Always foldable for odd constants, what is the rule for even?
1465
1466 //===---------------------------------------------------------------------===//
1467
1468 PR 3381: GEP to field of size 0 inside a struct could be turned into GEP
1469 for next field in struct (which is at same address).
1470
1471 For example: store of float into { {{}}, float } could be turned into a store to
1472 the float directly.
1473
1474 //===---------------------------------------------------------------------===//
1475
1476 The arg promotion pass should make use of nocapture to make its alias analysis
1477 stuff much more precise.
1478
1479 //===---------------------------------------------------------------------===//
1480
1481 The following functions should be optimized to use a select instead of a
1482 branch (from gcc PR40072):
1483
1484 char char_int(int m) {if(m>7) return 0; return m;}
1485 int int_char(char m) {if(m>7) return 0; return m;}
1486
1487 //===---------------------------------------------------------------------===//
1488
1489 int func(int a, int b) { if (a & 0x80) b |= 0x80; else b &= ~0x80; return b; }
1490
1491 Generates this:
1492
1493 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1494 entry:
1495   %0 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1496   %1 = icmp eq i32 %0, 0                          ; <i1> [#uses=1]
1497   %2 = or i32 %b, 128                             ; <i32> [#uses=1]
1498   %3 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1499   %b_addr.0 = select i1 %1, i32 %3, i32 %2        ; <i32> [#uses=1]
1500   ret i32 %b_addr.0
1501 }
1502
1503 However, it's functionally equivalent to:
1504
1505          b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1506
1507 Which generates this:
1508
1509 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1510 entry:
1511   %0 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1512   %1 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1513   %2 = or i32 %0, %1                              ; <i32> [#uses=1]
1514   ret i32 %2
1515 }
1516
1517 This can be generalized for other forms:
1518
1519      b = (b & ~0x80) | (a & 0x40) << 1;
1520
1521 //===---------------------------------------------------------------------===//
1522
1523 These two functions produce different code. They shouldn't:
1524
1525 #include <stdint.h>
1526  
1527 uint8_t p1(uint8_t b, uint8_t a) {
1528   b = (b & ~0xc0) | (a & 0xc0);
1529   return (b);
1530 }
1531  
1532 uint8_t p2(uint8_t b, uint8_t a) {
1533   b = (b & ~0x40) | (a & 0x40);
1534   b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1535   return (b);
1536 }
1537
1538 define zeroext i8 @p1(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1539 entry:
1540   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1541   %1 = and i8 %a, -64                             ; <i8> [#uses=1]
1542   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1543   ret i8 %2
1544 }
1545
1546 define zeroext i8 @p2(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1547 entry:
1548   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1549   %.masked = and i8 %a, 64                        ; <i8> [#uses=1]
1550   %1 = and i8 %a, -128                            ; <i8> [#uses=1]
1551   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1552   %3 = or i8 %2, %.masked                         ; <i8> [#uses=1]
1553   ret i8 %3
1554 }
1555
1556 //===---------------------------------------------------------------------===//
1557
1558 IPSCCP does not currently propagate argument dependent constants through
1559 functions where it does not not all of the callers.  This includes functions
1560 with normal external linkage as well as templates, C99 inline functions etc.
1561 Specifically, it does nothing to:
1562
1563 define i32 @test(i32 %x, i32 %y, i32 %z) nounwind {
1564 entry:
1565   %0 = add nsw i32 %y, %z                         
1566   %1 = mul i32 %0, %x                             
1567   %2 = mul i32 %y, %z                             
1568   %3 = add nsw i32 %1, %2                         
1569   ret i32 %3
1570 }
1571
1572 define i32 @test2() nounwind {
1573 entry:
1574   %0 = call i32 @test(i32 1, i32 2, i32 4) nounwind
1575   ret i32 %0
1576 }
1577
1578 It would be interesting extend IPSCCP to be able to handle simple cases like
1579 this, where all of the arguments to a call are constant.  Because IPSCCP runs
1580 before inlining, trivial templates and inline functions are not yet inlined.
1581 The results for a function + set of constant arguments should be memoized in a
1582 map.
1583
1584 //===---------------------------------------------------------------------===//
1585
1586 The libcall constant folding stuff should be moved out of SimplifyLibcalls into
1587 libanalysis' constantfolding logic.  This would allow IPSCCP to be able to
1588 handle simple things like this:
1589
1590 static int foo(const char *X) { return strlen(X); }
1591 int bar() { return foo("abcd"); }
1592
1593 //===---------------------------------------------------------------------===//
1594
1595 functionattrs doesn't know much about memcpy/memset.  This function should be
1596 marked readnone rather than readonly, since it only twiddles local memory, but
1597 functionattrs doesn't handle memset/memcpy/memmove aggressively:
1598
1599 struct X { int *p; int *q; };
1600 int foo() {
1601  int i = 0, j = 1;
1602  struct X x, y;
1603  int **p;
1604  y.p = &i;
1605  x.q = &j;
1606  p = __builtin_memcpy (&x, &y, sizeof (int *));
1607  return **p;
1608 }
1609
1610 This can be seen at:
1611 $ clang t.c -S -o - -mkernel -O0 -emit-llvm | opt -functionattrs -S
1612
1613
1614 //===---------------------------------------------------------------------===//
1615
1616 Missed instcombine transformation:
1617 define i1 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1618 entry:
1619   %cmp = icmp eq i32 %x, 30
1620   %sub = add i32 %x, -30
1621   %cmp2 = icmp ugt i32 %sub, 9
1622   %or = or i1 %cmp, %cmp2
1623   ret i1 %or
1624 }
1625 This should be optimized to a single compare.  Testcase derived from gcc.
1626
1627 //===---------------------------------------------------------------------===//
1628
1629 Missed instcombine or reassociate transformation:
1630 int a(int a, int b) { return (a==12)&(b>47)&(b<58); }
1631
1632 The sgt and slt should be combined into a single comparison. Testcase derived
1633 from gcc.
1634
1635 //===---------------------------------------------------------------------===//
1636
1637 Missed instcombine transformation:
1638
1639   %382 = srem i32 %tmp14.i, 64                    ; [#uses=1]
1640   %383 = zext i32 %382 to i64                     ; [#uses=1]
1641   %384 = shl i64 %381, %383                       ; [#uses=1]
1642   %385 = icmp slt i32 %tmp14.i, 64                ; [#uses=1]
1643
1644 The srem can be transformed to an and because if %tmp14.i is negative, the
1645 shift is undefined.  Testcase derived from 403.gcc.
1646
1647 //===---------------------------------------------------------------------===//
1648
1649 This is a range comparison on a divided result (from 403.gcc):
1650
1651   %1337 = sdiv i32 %1336, 8                       ; [#uses=1]
1652   %.off.i208 = add i32 %1336, 7                   ; [#uses=1]
1653   %1338 = icmp ult i32 %.off.i208, 15             ; [#uses=1]
1654   
1655 We already catch this (removing the sdiv) if there isn't an add, we should
1656 handle the 'add' as well.  This is a common idiom with it's builtin_alloca code.
1657 C testcase:
1658
1659 int a(int x) { return (unsigned)(x/16+7) < 15; }
1660
1661 Another similar case involves truncations on 64-bit targets:
1662
1663   %361 = sdiv i64 %.046, 8                        ; [#uses=1]
1664   %362 = trunc i64 %361 to i32                    ; [#uses=2]
1665 ...
1666   %367 = icmp eq i32 %362, 0                      ; [#uses=1]
1667
1668 //===---------------------------------------------------------------------===//
1669
1670 Missed instcombine/dagcombine transformation:
1671 define void @lshift_lt(i8 zeroext %a) nounwind {
1672 entry:
1673   %conv = zext i8 %a to i32
1674   %shl = shl i32 %conv, 3
1675   %cmp = icmp ult i32 %shl, 33
1676   br i1 %cmp, label %if.then, label %if.end
1677
1678 if.then:
1679   tail call void @bar() nounwind
1680   ret void
1681
1682 if.end:
1683   ret void
1684 }
1685 declare void @bar() nounwind
1686
1687 The shift should be eliminated.  Testcase derived from gcc.
1688
1689 //===---------------------------------------------------------------------===//
1690
1691 These compile into different code, one gets recognized as a switch and the
1692 other doesn't due to phase ordering issues (PR6212):
1693
1694 int test1(int mainType, int subType) {
1695   if (mainType == 7)
1696     subType = 4;
1697   else if (mainType == 9)
1698     subType = 6;
1699   else if (mainType == 11)
1700     subType = 9;
1701   return subType;
1702 }
1703
1704 int test2(int mainType, int subType) {
1705   if (mainType == 7)
1706     subType = 4;
1707   if (mainType == 9)
1708     subType = 6;
1709   if (mainType == 11)
1710     subType = 9;
1711   return subType;
1712 }
1713
1714 //===---------------------------------------------------------------------===//
1715
1716 The following test case (from PR6576):
1717
1718 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1719 entry:
1720  %cond1 = icmp eq i32 %b, 0                      ; <i1> [#uses=1]
1721  br i1 %cond1, label %exit, label %bb.nph
1722 bb.nph:                                           ; preds = %entry
1723  %tmp = mul i32 %b, %a                           ; <i32> [#uses=1]
1724  ret i32 %tmp
1725 exit:                                             ; preds = %entry
1726  ret i32 0
1727 }
1728
1729 could be reduced to:
1730
1731 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1732 entry:
1733  %tmp = mul i32 %b, %a
1734  ret i32 %tmp
1735 }
1736
1737 //===---------------------------------------------------------------------===//
1738
1739 We should use DSE + llvm.lifetime.end to delete dead vtable pointer updates.
1740 See GCC PR34949
1741
1742 Another interesting case is that something related could be used for variables
1743 that go const after their ctor has finished.  In these cases, globalopt (which
1744 can statically run the constructor) could mark the global const (so it gets put
1745 in the readonly section).  A testcase would be:
1746
1747 #include <complex>
1748 using namespace std;
1749 const complex<char> should_be_in_rodata (42,-42);
1750 complex<char> should_be_in_data (42,-42);
1751 complex<char> should_be_in_bss;
1752
1753 Where we currently evaluate the ctors but the globals don't become const because
1754 the optimizer doesn't know they "become const" after the ctor is done.  See
1755 GCC PR4131 for more examples.
1756
1757 //===---------------------------------------------------------------------===//
1758
1759 In this code:
1760
1761 long foo(long x) {
1762   return x > 1 ? x : 1;
1763 }
1764
1765 LLVM emits a comparison with 1 instead of 0. 0 would be equivalent
1766 and cheaper on most targets.
1767
1768 LLVM prefers comparisons with zero over non-zero in general, but in this
1769 case it choses instead to keep the max operation obvious.
1770
1771 //===---------------------------------------------------------------------===//
1772
1773 Take the following testcase on x86-64 (similar testcases exist for all targets
1774 with addc/adde):
1775
1776 define void @a(i64* nocapture %s, i64* nocapture %t, i64 %a, i64 %b,
1777 i64 %c) nounwind {
1778 entry:
1779  %0 = zext i64 %a to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1780  %1 = zext i64 %b to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1781  %2 = add i128 %1, %0                            ; <i128> [#uses=2]
1782  %3 = zext i64 %c to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1783  %4 = shl i128 %3, 64                            ; <i128> [#uses=1]
1784  %5 = add i128 %4, %2                            ; <i128> [#uses=1]
1785  %6 = lshr i128 %5, 64                           ; <i128> [#uses=1]
1786  %7 = trunc i128 %6 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1787  store i64 %7, i64* %s, align 8
1788  %8 = trunc i128 %2 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1789  store i64 %8, i64* %t, align 8
1790  ret void
1791 }
1792
1793 Generated code:
1794        addq    %rcx, %rdx
1795        movl    $0, %eax
1796        adcq    $0, %rax
1797        addq    %r8, %rax
1798        movq    %rax, (%rdi)
1799        movq    %rdx, (%rsi)
1800        ret
1801
1802 Expected code:
1803        addq    %rcx, %rdx
1804        adcq    $0, %r8
1805        movq    %r8, (%rdi)
1806        movq    %rdx, (%rsi)
1807        ret
1808
1809 The generated SelectionDAG has an ADD of an ADDE, where both operands of the
1810 ADDE are zero. Replacing one of the operands of the ADDE with the other operand
1811 of the ADD, and replacing the ADD with the ADDE, should give the desired result.
1812
1813 (That said, we are doing a lot better than gcc on this testcase. :) )
1814
1815 //===---------------------------------------------------------------------===//
1816
1817 Switch lowering generates less than ideal code for the following switch:
1818 define void @a(i32 %x) nounwind {
1819 entry:
1820   switch i32 %x, label %if.end [
1821     i32 0, label %if.then
1822     i32 1, label %if.then
1823     i32 2, label %if.then
1824     i32 3, label %if.then
1825     i32 5, label %if.then
1826   ]
1827 if.then:
1828   tail call void @foo() nounwind
1829   ret void
1830 if.end:
1831   ret void
1832 }
1833 declare void @foo()
1834
1835 Generated code on x86-64 (other platforms give similar results):
1836 a:
1837         cmpl    $5, %edi
1838         ja      .LBB0_2
1839         movl    %edi, %eax
1840         movl    $47, %ecx
1841         btq     %rax, %rcx
1842         jb      .LBB0_3
1843 .LBB0_2:
1844         ret
1845 .LBB0_3:
1846         jmp     foo  # TAILCALL
1847
1848 The movl+movl+btq+jb could be simplified to a cmpl+jne.
1849
1850 Or, if we wanted to be really clever, we could simplify the whole thing to
1851 something like the following, which eliminates a branch:
1852         xorl    $1, %edi
1853         cmpl    $4, %edi
1854         ja      .LBB0_2
1855         ret
1856 .LBB0_2:
1857         jmp     foo  # TAILCALL
1858 //===---------------------------------------------------------------------===//
1859 Given a branch where the two target blocks are identical ("ret i32 %b" in
1860 both), simplifycfg will simplify them away. But not so for a switch statement:
1861
1862 define i32 @f(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1863 entry:
1864         switch i32 %a, label %bb3 [
1865                 i32 4, label %bb
1866                 i32 6, label %bb
1867         ]
1868
1869 bb:             ; preds = %entry, %entry
1870         ret i32 %b
1871
1872 bb3:            ; preds = %entry
1873         ret i32 %b
1874 }
1875 //===---------------------------------------------------------------------===//
1876
1877 clang -O3 fails to devirtualize this virtual inheritance case: (GCC PR45875)
1878 Looks related to PR3100
1879
1880 struct c1 {};
1881 struct c10 : c1{
1882   virtual void foo ();
1883 };
1884 struct c11 : c10, c1{
1885   virtual void f6 ();
1886 };
1887 struct c28 : virtual c11{
1888   void f6 ();
1889 };
1890 void check_c28 () {
1891   c28 obj;
1892   c11 *ptr = &obj;
1893   ptr->f6 ();
1894 }
1895
1896 //===---------------------------------------------------------------------===//
1897
1898 We compile this:
1899
1900 int foo(int a) { return (a & (~15)) / 16; }
1901
1902 Into:
1903
1904 define i32 @foo(i32 %a) nounwind readnone ssp {
1905 entry:
1906   %and = and i32 %a, -16
1907   %div = sdiv i32 %and, 16
1908   ret i32 %div
1909 }
1910
1911 but this code (X & -A)/A is X >> log2(A) when A is a power of 2, so this case
1912 should be instcombined into just "a >> 4".
1913
1914 We do get this at the codegen level, so something knows about it, but 
1915 instcombine should catch it earlier:
1916
1917 _foo:                                   ## @foo
1918 ## BB#0:                                ## %entry
1919         movl    %edi, %eax
1920         sarl    $4, %eax
1921         ret
1922
1923 //===---------------------------------------------------------------------===//
1924
1925 This code (from GCC PR28685):
1926
1927 int test(int a, int b) {
1928   int lt = a < b;
1929   int eq = a == b;
1930   if (lt)
1931     return 1;
1932   return eq;
1933 }
1934
1935 Is compiled to:
1936
1937 define i32 @test(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1938 entry:
1939   %cmp = icmp slt i32 %a, %b
1940   br i1 %cmp, label %return, label %if.end
1941
1942 if.end:                                           ; preds = %entry
1943   %cmp5 = icmp eq i32 %a, %b
1944   %conv6 = zext i1 %cmp5 to i32
1945   ret i32 %conv6
1946
1947 return:                                           ; preds = %entry
1948   ret i32 1
1949 }
1950
1951 it could be:
1952
1953 define i32 @test__(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1954 entry:
1955   %0 = icmp sle i32 %a, %b
1956   %retval = zext i1 %0 to i32
1957   ret i32 %retval
1958 }
1959
1960 //===---------------------------------------------------------------------===//
1961
1962 This code can be seen in viterbi:
1963
1964   %64 = call noalias i8* @malloc(i64 %62) nounwind
1965 ...
1966   %67 = call i64 @llvm.objectsize.i64(i8* %64, i1 false) nounwind
1967   %68 = call i8* @__memset_chk(i8* %64, i32 0, i64 %62, i64 %67) nounwind
1968
1969 llvm.objectsize.i64 should be taught about malloc/calloc, allowing it to
1970 fold to %62.  This is a security win (overflows of malloc will get caught)
1971 and also a performance win by exposing more memsets to the optimizer.
1972
1973 This occurs several times in viterbi.
1974
1975 Note that this would change the semantics of @llvm.objectsize which by its
1976 current definition always folds to a constant. We also should make sure that
1977 we remove checking in code like
1978
1979   char *p = malloc(strlen(s)+1);
1980   __strcpy_chk(p, s, __builtin_objectsize(p, 0));
1981
1982 //===---------------------------------------------------------------------===//
1983
1984 This code (from Benchmarks/Dhrystone/dry.c):
1985
1986 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1987 entry:
1988   %sext = shl i32 %0, 24
1989   %conv = ashr i32 %sext, 24
1990   %sext6 = shl i32 %1, 24
1991   %conv4 = ashr i32 %sext6, 24
1992   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1993   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1994   ret i32 %.
1995 }
1996
1997 Should be simplified into something like:
1998
1999 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
2000 entry:
2001   %sext = shl i32 %0, 24
2002   %conv = and i32 %sext, 0xFF000000
2003   %sext6 = shl i32 %1, 24
2004   %conv4 = and i32 %sext6, 0xFF000000
2005   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
2006   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
2007   ret i32 %.
2008 }
2009
2010 and then to:
2011
2012 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
2013 entry:
2014   %conv = and i32 %0, 0xFF
2015   %conv4 = and i32 %1, 0xFF
2016   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
2017   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
2018   ret i32 %.
2019 }
2020 //===---------------------------------------------------------------------===//
2021
2022 clang -O3 currently compiles this code
2023
2024 int g(unsigned int a) {
2025   unsigned int c[100];
2026   c[10] = a;
2027   c[11] = a;
2028   unsigned int b = c[10] + c[11];
2029   if(b > a*2) a = 4;
2030   else a = 8;
2031   return a + 7;
2032 }
2033
2034 into
2035
2036 define i32 @g(i32 a) nounwind readnone {
2037   %add = shl i32 %a, 1
2038   %mul = shl i32 %a, 1
2039   %cmp = icmp ugt i32 %add, %mul
2040   %a.addr.0 = select i1 %cmp, i32 11, i32 15
2041   ret i32 %a.addr.0
2042 }
2043
2044 The icmp should fold to false. This CSE opportunity is only available
2045 after GVN and InstCombine have run.
2046
2047 //===---------------------------------------------------------------------===//
2048
2049 memcpyopt should turn this:
2050
2051 define i8* @test10(i32 %x) {
2052   %alloc = call noalias i8* @malloc(i32 %x) nounwind
2053   call void @llvm.memset.p0i8.i32(i8* %alloc, i8 0, i32 %x, i32 1, i1 false)
2054   ret i8* %alloc
2055 }
2056
2057 into a call to calloc.  We should make sure that we analyze calloc as
2058 aggressively as malloc though.
2059
2060 //===---------------------------------------------------------------------===//
2061
2062 clang -O3 doesn't optimize this:
2063
2064 void f1(int* begin, int* end) {
2065   std::fill(begin, end, 0);
2066 }
2067
2068 into a memset.  This is PR8942.
2069
2070 //===---------------------------------------------------------------------===//
2071
2072 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2073
2074 void f(int N) {
2075   std::vector<int> v(N);
2076
2077   extern void sink(void*); sink(&v);
2078 }
2079
2080 into
2081
2082 define void @_Z1fi(i32 %N) nounwind {
2083 entry:
2084   %v2 = alloca [3 x i32*], align 8
2085   %v2.sub = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 0
2086   %tmpcast = bitcast [3 x i32*]* %v2 to %"class.std::vector"*
2087   %conv = sext i32 %N to i64
2088   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2089   %tmp3.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 1
2090   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2091   %tmp4.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 2
2092   store i32* null, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2093   %cmp.i.i.i.i = icmp eq i32 %N, 0
2094   br i1 %cmp.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i, label %cond.true.i.i.i.i
2095
2096 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i: ; preds = %entry
2097   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2098   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2099   %add.ptr.i5.i.i = getelementptr inbounds i32* null, i64 %conv
2100   store i32* %add.ptr.i5.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2101   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2102
2103 cond.true.i.i.i.i:                                ; preds = %entry
2104   %cmp.i.i.i.i.i = icmp slt i32 %N, 0
2105   br i1 %cmp.i.i.i.i.i, label %if.then.i.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i
2106
2107 if.then.i.i.i.i.i:                                ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2108   call void @_ZSt17__throw_bad_allocv() noreturn nounwind
2109   unreachable
2110
2111 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i:    ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2112   %mul.i.i.i.i.i = shl i64 %conv, 2
2113   %call3.i.i.i.i.i = call noalias i8* @_Znwm(i64 %mul.i.i.i.i.i) nounwind
2114   %0 = bitcast i8* %call3.i.i.i.i.i to i32*
2115   store i32* %0, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2116   store i32* %0, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2117   %add.ptr.i.i.i = getelementptr inbounds i32* %0, i64 %conv
2118   store i32* %add.ptr.i.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2119   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)
2120   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2121
2122 This is just the handling the construction of the vector. Most surprising here
2123 is the fact that all three null stores in %entry are dead (because we do no
2124 cross-block DSE).
2125
2126 Also surprising is that %conv isn't simplified to 0 in %....exit.thread.i.i.
2127 This is a because the client of LazyValueInfo doesn't simplify all instruction
2128 operands, just selected ones.
2129
2130 //===---------------------------------------------------------------------===//
2131
2132 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2133
2134 void f(char* a, int n) {
2135   __builtin_memset(a, 0, n);
2136   for (int i = 0; i < n; ++i)
2137     a[i] = 0;
2138 }
2139
2140 into:
2141
2142 define void @_Z1fPci(i8* nocapture %a, i32 %n) nounwind {
2143 entry:
2144   %conv = sext i32 %n to i64
2145   tail call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %conv, i32 1, i1 false)
2146   %cmp8 = icmp sgt i32 %n, 0
2147   br i1 %cmp8, label %for.body.lr.ph, label %for.end
2148
2149 for.body.lr.ph:                                   ; preds = %entry
2150   %tmp10 = add i32 %n, -1
2151   %tmp11 = zext i32 %tmp10 to i64
2152   %tmp12 = add i64 %tmp11, 1
2153   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %tmp12, i32 1, i1 false)
2154   ret void
2155
2156 for.end:                                          ; preds = %entry
2157   ret void
2158 }
2159
2160 This shouldn't need the ((zext (%n - 1)) + 1) game, and it should ideally fold
2161 the two memset's together. The issue with %n seems to stem from poor handling
2162 of the original loop.
2163
2164 To simplify this, we need SCEV to know that "n != 0" because of the dominating
2165 conditional.  That would turn the second memset into a simple memset of 'n'.
2166
2167 //===---------------------------------------------------------------------===//
2168
2169 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2170
2171 struct S {
2172   unsigned short m1, m2;
2173   unsigned char m3, m4;
2174 };
2175
2176 void f(int N) {
2177   std::vector<S> v(N);
2178   extern void sink(void*); sink(&v);
2179 }
2180
2181 into poor code for zero-initializing 'v' when N is >0. The problem is that
2182 S is only 6 bytes, but each element is 8 byte-aligned. We generate a loop and
2183 4 stores on each iteration. If the struct were 8 bytes, this gets turned into
2184 a memset.
2185
2186 In order to handle this we have to:
2187   A) Teach clang to generate metadata for memsets of structs that have holes in
2188      them.
2189   B) Teach clang to use such a memset for zero init of this struct (since it has
2190      a hole), instead of doing elementwise zeroing.
2191
2192 //===---------------------------------------------------------------------===//
2193
2194 clang -O3 currently compiles this code:
2195
2196 extern const int magic;
2197 double f() { return 0.0 * magic; }
2198
2199 into
2200
2201 @magic = external constant i32
2202
2203 define double @_Z1fv() nounwind readnone {
2204 entry:
2205   %tmp = load i32* @magic, align 4, !tbaa !0
2206   %conv = sitofp i32 %tmp to double
2207   %mul = fmul double %conv, 0.000000e+00
2208   ret double %mul
2209 }
2210
2211 We should be able to fold away this fmul to 0.0.  More generally, fmul(x,0.0)
2212 can be folded to 0.0 if we can prove that the LHS is not -0.0, not a NaN, and
2213 not an INF.  The CannotBeNegativeZero predicate in value tracking should be
2214 extended to support general "fpclassify" operations that can return 
2215 yes/no/unknown for each of these predicates.
2216
2217 In this predicate, we know that uitofp is trivially never NaN or -0.0, and
2218 we know that it isn't +/-Inf if the floating point type has enough exponent bits
2219 to represent the largest integer value as < inf.
2220
2221 //===---------------------------------------------------------------------===//
2222
2223 When optimizing a transformation that can change the sign of 0.0 (such as the
2224 0.0*val -> 0.0 transformation above), it might be provable that the sign of the
2225 expression doesn't matter.  For example, by the above rules, we can't transform
2226 fmul(sitofp(x), 0.0) into 0.0, because x might be -1 and the result of the
2227 expression is defined to be -0.0.
2228
2229 If we look at the uses of the fmul for example, we might be able to prove that
2230 all uses don't care about the sign of zero.  For example, if we have:
2231
2232   fadd(fmul(sitofp(x), 0.0), 2.0)
2233
2234 Since we know that x+2.0 doesn't care about the sign of any zeros in X, we can
2235 transform the fmul to 0.0, and then the fadd to 2.0.
2236
2237 //===---------------------------------------------------------------------===//
2238
2239 We should enhance memcpy/memcpy/memset to allow a metadata node on them
2240 indicating that some bytes of the transfer are undefined.  This is useful for
2241 frontends like clang when lowering struct copies, when some elements of the
2242 struct are undefined.  Consider something like this:
2243
2244 struct x {
2245   char a;
2246   int b[4];
2247 };
2248 void foo(struct x*P);
2249 struct x testfunc() {
2250   struct x V1, V2;
2251   foo(&V1);
2252   V2 = V1;
2253
2254   return V2;
2255 }
2256
2257 We currently compile this to:
2258 $ clang t.c -S -o - -O0 -emit-llvm | opt -scalarrepl -S
2259
2260
2261 %struct.x = type { i8, [4 x i32] }
2262
2263 define void @testfunc(%struct.x* sret %agg.result) nounwind ssp {
2264 entry:
2265   %V1 = alloca %struct.x, align 4
2266   call void @foo(%struct.x* %V1)
2267   %tmp1 = bitcast %struct.x* %V1 to i8*
2268   %0 = bitcast %struct.x* %V1 to i160*
2269   %srcval1 = load i160* %0, align 4
2270   %tmp2 = bitcast %struct.x* %agg.result to i8*
2271   %1 = bitcast %struct.x* %agg.result to i160*
2272   store i160 %srcval1, i160* %1, align 4
2273   ret void
2274 }
2275
2276 This happens because SRoA sees that the temp alloca has is being memcpy'd into
2277 and out of and it has holes and it has to be conservative.  If we knew about the
2278 holes, then this could be much much better.
2279
2280 Having information about these holes would also improve memcpy (etc) lowering at
2281 llc time when it gets inlined, because we can use smaller transfers.  This also
2282 avoids partial register stalls in some important cases.
2283
2284 //===---------------------------------------------------------------------===//
2285
2286 We miss an optzn when lowering divide by some constants.  For example:
2287   int test(int x) { return x/10; }
2288
2289 We produce:
2290
2291 _test:                                  ## @test
2292 ## BB#0:                                ## %entry
2293         movslq  %edi, %rax
2294         imulq   $1717986919, %rax, %rax ## imm = 0x66666667
2295         movq    %rax, %rcx
2296         shrq    $63, %rcx
2297 **      shrq    $32, %rax
2298 **      sarl    $2, %eax
2299         addl    %ecx, %eax
2300         ret
2301
2302 The two starred instructions could be replaced with a "sarl $34, %rax".  This
2303 occurs in 186.crafty very frequently.
2304
2305 //===---------------------------------------------------------------------===//