InstCombine: Implement X - A*-B -> X + A*B.
[oota-llvm.git] / lib / Target / README.txt
1 Target Independent Opportunities:
2
3 //===---------------------------------------------------------------------===//
4
5 We should recognize idioms for add-with-carry and turn it into the appropriate
6 intrinsics.  This example:
7
8 unsigned add32carry(unsigned sum, unsigned x) {
9  unsigned z = sum + x;
10  if (sum + x < x)
11      z++;
12  return z;
13 }
14
15 Compiles to: clang t.c -S -o - -O3 -fomit-frame-pointer -m64 -mkernel
16
17 _add32carry:                            ## @add32carry
18         addl    %esi, %edi
19         cmpl    %esi, %edi
20         sbbl    %eax, %eax
21         andl    $1, %eax
22         addl    %edi, %eax
23         ret
24
25 with clang, but to:
26
27 _add32carry:
28         leal    (%rsi,%rdi), %eax
29         cmpl    %esi, %eax
30         adcl    $0, %eax
31         ret
32
33 with gcc.
34
35 //===---------------------------------------------------------------------===//
36
37 Dead argument elimination should be enhanced to handle cases when an argument is
38 dead to an externally visible function.  Though the argument can't be removed
39 from the externally visible function, the caller doesn't need to pass it in.
40 For example in this testcase:
41
42   void foo(int X) __attribute__((noinline));
43   void foo(int X) { sideeffect(); }
44   void bar(int A) { foo(A+1); }
45
46 We compile bar to:
47
48 define void @bar(i32 %A) nounwind ssp {
49   %0 = add nsw i32 %A, 1                          ; <i32> [#uses=1]
50   tail call void @foo(i32 %0) nounwind noinline ssp
51   ret void
52 }
53
54 The add is dead, we could pass in 'i32 undef' instead.  This occurs for C++
55 templates etc, which usually have linkonce_odr/weak_odr linkage, not internal
56 linkage.
57
58 //===---------------------------------------------------------------------===//
59
60 With the recent changes to make the implicit def/use set explicit in
61 machineinstrs, we should change the target descriptions for 'call' instructions
62 so that the .td files don't list all the call-clobbered registers as implicit
63 defs.  Instead, these should be added by the code generator (e.g. on the dag).
64
65 This has a number of uses:
66
67 1. PPC32/64 and X86 32/64 can avoid having multiple copies of call instructions
68    for their different impdef sets.
69 2. Targets with multiple calling convs (e.g. x86) which have different clobber
70    sets don't need copies of call instructions.
71 3. 'Interprocedural register allocation' can be done to reduce the clobber sets
72    of calls.
73
74 //===---------------------------------------------------------------------===//
75
76 Make the PPC branch selector target independant
77
78 //===---------------------------------------------------------------------===//
79
80 Get the C front-end to expand hypot(x,y) -> llvm.sqrt(x*x+y*y) when errno and
81 precision don't matter (ffastmath).  Misc/mandel will like this. :)  This isn't
82 safe in general, even on darwin.  See the libm implementation of hypot for
83 examples (which special case when x/y are exactly zero to get signed zeros etc
84 right).
85
86 //===---------------------------------------------------------------------===//
87
88 Solve this DAG isel folding deficiency:
89
90 int X, Y;
91
92 void fn1(void)
93 {
94   X = X | (Y << 3);
95 }
96
97 compiles to
98
99 fn1:
100         movl Y, %eax
101         shll $3, %eax
102         orl X, %eax
103         movl %eax, X
104         ret
105
106 The problem is the store's chain operand is not the load X but rather
107 a TokenFactor of the load X and load Y, which prevents the folding.
108
109 There are two ways to fix this:
110
111 1. The dag combiner can start using alias analysis to realize that y/x
112    don't alias, making the store to X not dependent on the load from Y.
113 2. The generated isel could be made smarter in the case it can't
114    disambiguate the pointers.
115
116 Number 1 is the preferred solution.
117
118 This has been "fixed" by a TableGen hack. But that is a short term workaround
119 which will be removed once the proper fix is made.
120
121 //===---------------------------------------------------------------------===//
122
123 On targets with expensive 64-bit multiply, we could LSR this:
124
125 for (i = ...; ++i) {
126    x = 1ULL << i;
127
128 into:
129  long long tmp = 1;
130  for (i = ...; ++i, tmp+=tmp)
131    x = tmp;
132
133 This would be a win on ppc32, but not x86 or ppc64.
134
135 //===---------------------------------------------------------------------===//
136
137 Shrink: (setlt (loadi32 P), 0) -> (setlt (loadi8 Phi), 0)
138
139 //===---------------------------------------------------------------------===//
140
141 Reassociate should turn things like:
142
143 int factorial(int X) {
144  return X*X*X*X*X*X*X*X;
145 }
146
147 into llvm.powi calls, allowing the code generator to produce balanced
148 multiplication trees.
149
150 First, the intrinsic needs to be extended to support integers, and second the
151 code generator needs to be enhanced to lower these to multiplication trees.
152
153 //===---------------------------------------------------------------------===//
154
155 Interesting? testcase for add/shift/mul reassoc:
156
157 int bar(int x, int y) {
158   return x*x*x+y+x*x*x*x*x*y*y*y*y;
159 }
160 int foo(int z, int n) {
161   return bar(z, n) + bar(2*z, 2*n);
162 }
163
164 This is blocked on not handling X*X*X -> powi(X, 3) (see note above).  The issue
165 is that we end up getting t = 2*X  s = t*t   and don't turn this into 4*X*X,
166 which is the same number of multiplies and is canonical, because the 2*X has
167 multiple uses.  Here's a simple example:
168
169 define i32 @test15(i32 %X1) {
170   %B = mul i32 %X1, 47   ; X1*47
171   %C = mul i32 %B, %B
172   ret i32 %C
173 }
174
175
176 //===---------------------------------------------------------------------===//
177
178 Reassociate should handle the example in GCC PR16157:
179
180 extern int a0, a1, a2, a3, a4; extern int b0, b1, b2, b3, b4; 
181 void f () {  /* this can be optimized to four additions... */ 
182         b4 = a4 + a3 + a2 + a1 + a0; 
183         b3 = a3 + a2 + a1 + a0; 
184         b2 = a2 + a1 + a0; 
185         b1 = a1 + a0; 
186
187
188 This requires reassociating to forms of expressions that are already available,
189 something that reassoc doesn't think about yet.
190
191
192 //===---------------------------------------------------------------------===//
193
194 This function: (derived from GCC PR19988)
195 double foo(double x, double y) {
196   return ((x + 0.1234 * y) * (x + -0.1234 * y));
197 }
198
199 compiles to:
200 _foo:
201         movapd  %xmm1, %xmm2
202         mulsd   LCPI1_1(%rip), %xmm1
203         mulsd   LCPI1_0(%rip), %xmm2
204         addsd   %xmm0, %xmm1
205         addsd   %xmm0, %xmm2
206         movapd  %xmm1, %xmm0
207         mulsd   %xmm2, %xmm0
208         ret
209
210 Reassociate should be able to turn it into:
211
212 double foo(double x, double y) {
213   return ((x + 0.1234 * y) * (x - 0.1234 * y));
214 }
215
216 Which allows the multiply by constant to be CSE'd, producing:
217
218 _foo:
219         mulsd   LCPI1_0(%rip), %xmm1
220         movapd  %xmm1, %xmm2
221         addsd   %xmm0, %xmm2
222         subsd   %xmm1, %xmm0
223         mulsd   %xmm2, %xmm0
224         ret
225
226 This doesn't need -ffast-math support at all.  This is particularly bad because
227 the llvm-gcc frontend is canonicalizing the later into the former, but clang
228 doesn't have this problem.
229
230 //===---------------------------------------------------------------------===//
231
232 These two functions should generate the same code on big-endian systems:
233
234 int g(int *j,int *l)  {  return memcmp(j,l,4);  }
235 int h(int *j, int *l) {  return *j - *l; }
236
237 this could be done in SelectionDAGISel.cpp, along with other special cases,
238 for 1,2,4,8 bytes.
239
240 //===---------------------------------------------------------------------===//
241
242 It would be nice to revert this patch:
243 http://lists.cs.uiuc.edu/pipermail/llvm-commits/Week-of-Mon-20060213/031986.html
244
245 And teach the dag combiner enough to simplify the code expanded before 
246 legalize.  It seems plausible that this knowledge would let it simplify other
247 stuff too.
248
249 //===---------------------------------------------------------------------===//
250
251 For vector types, TargetData.cpp::getTypeInfo() returns alignment that is equal
252 to the type size. It works but can be overly conservative as the alignment of
253 specific vector types are target dependent.
254
255 //===---------------------------------------------------------------------===//
256
257 We should produce an unaligned load from code like this:
258
259 v4sf example(float *P) {
260   return (v4sf){P[0], P[1], P[2], P[3] };
261 }
262
263 //===---------------------------------------------------------------------===//
264
265 Add support for conditional increments, and other related patterns.  Instead
266 of:
267
268         movl 136(%esp), %eax
269         cmpl $0, %eax
270         je LBB16_2      #cond_next
271 LBB16_1:        #cond_true
272         incl _foo
273 LBB16_2:        #cond_next
274
275 emit:
276         movl    _foo, %eax
277         cmpl    $1, %edi
278         sbbl    $-1, %eax
279         movl    %eax, _foo
280
281 //===---------------------------------------------------------------------===//
282
283 Combine: a = sin(x), b = cos(x) into a,b = sincos(x).
284
285 Expand these to calls of sin/cos and stores:
286       double sincos(double x, double *sin, double *cos);
287       float sincosf(float x, float *sin, float *cos);
288       long double sincosl(long double x, long double *sin, long double *cos);
289
290 Doing so could allow SROA of the destination pointers.  See also:
291 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=17687
292
293 This is now easily doable with MRVs.  We could even make an intrinsic for this
294 if anyone cared enough about sincos.
295
296 //===---------------------------------------------------------------------===//
297
298 quantum_sigma_x in 462.libquantum contains the following loop:
299
300       for(i=0; i<reg->size; i++)
301         {
302           /* Flip the target bit of each basis state */
303           reg->node[i].state ^= ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
304         } 
305
306 Where MAX_UNSIGNED/state is a 64-bit int.  On a 32-bit platform it would be just
307 so cool to turn it into something like:
308
309    long long Res = ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
310    if (target < 32) {
311      for(i=0; i<reg->size; i++)
312        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFFULL;
313    } else {
314      for(i=0; i<reg->size; i++)
315        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFF00000000ULL
316    }
317    
318 ... which would only do one 32-bit XOR per loop iteration instead of two.
319
320 It would also be nice to recognize the reg->size doesn't alias reg->node[i], but
321 this requires TBAA.
322
323 //===---------------------------------------------------------------------===//
324
325 This isn't recognized as bswap by instcombine (yes, it really is bswap):
326
327 unsigned long reverse(unsigned v) {
328     unsigned t;
329     t = v ^ ((v << 16) | (v >> 16));
330     t &= ~0xff0000;
331     v = (v << 24) | (v >> 8);
332     return v ^ (t >> 8);
333 }
334
335 Neither is this (very standard idiom):
336
337 int f(int n)
338 {
339   return (((n) << 24) | (((n) & 0xff00) << 8) 
340        | (((n) >> 8) & 0xff00) | ((n) >> 24));
341 }
342
343 //===---------------------------------------------------------------------===//
344
345 [LOOP RECOGNITION]
346
347 These idioms should be recognized as popcount (see PR1488):
348
349 unsigned countbits_slow(unsigned v) {
350   unsigned c;
351   for (c = 0; v; v >>= 1)
352     c += v & 1;
353   return c;
354 }
355 unsigned countbits_fast(unsigned v){
356   unsigned c;
357   for (c = 0; v; c++)
358     v &= v - 1; // clear the least significant bit set
359   return c;
360 }
361
362 BITBOARD = unsigned long long
363 int PopCnt(register BITBOARD a) {
364   register int c=0;
365   while(a) {
366     c++;
367     a &= a - 1;
368   }
369   return c;
370 }
371 unsigned int popcount(unsigned int input) {
372   unsigned int count = 0;
373   for (unsigned int i =  0; i < 4 * 8; i++)
374     count += (input >> i) & i;
375   return count;
376 }
377
378 This is a form of idiom recognition for loops, the same thing that could be
379 useful for recognizing memset/memcpy.
380
381 //===---------------------------------------------------------------------===//
382
383 These should turn into single 16-bit (unaligned?) loads on little/big endian
384 processors.
385
386 unsigned short read_16_le(const unsigned char *adr) {
387   return adr[0] | (adr[1] << 8);
388 }
389 unsigned short read_16_be(const unsigned char *adr) {
390   return (adr[0] << 8) | adr[1];
391 }
392
393 //===---------------------------------------------------------------------===//
394
395 -instcombine should handle this transform:
396    icmp pred (sdiv X / C1 ), C2
397 when X, C1, and C2 are unsigned.  Similarly for udiv and signed operands. 
398
399 Currently InstCombine avoids this transform but will do it when the signs of
400 the operands and the sign of the divide match. See the FIXME in 
401 InstructionCombining.cpp in the visitSetCondInst method after the switch case 
402 for Instruction::UDiv (around line 4447) for more details.
403
404 The SingleSource/Benchmarks/Shootout-C++/hash and hash2 tests have examples of
405 this construct. 
406
407 //===---------------------------------------------------------------------===//
408
409 [LOOP RECOGNITION]
410
411 viterbi speeds up *significantly* if the various "history" related copy loops
412 are turned into memcpy calls at the source level.  We need a "loops to memcpy"
413 pass.
414
415 //===---------------------------------------------------------------------===//
416
417 [LOOP OPTIMIZATION]
418
419 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c shows several interesting optimization
420 opportunities in its double_array_divs_variable function: it needs loop
421 interchange, memory promotion (which LICM already does), vectorization and
422 variable trip count loop unrolling (since it has a constant trip count). ICC
423 apparently produces this very nice code with -ffast-math:
424
425 ..B1.70:                        # Preds ..B1.70 ..B1.69
426        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
427        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
428        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
429        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
430        addl      $8, %edx                                      #
431        cmpl      $131072, %edx                                 #108.2
432        jb        ..B1.70       # Prob 99%                      #108.2
433
434 It would be better to count down to zero, but this is a lot better than what we
435 do.
436
437 //===---------------------------------------------------------------------===//
438
439 Consider:
440
441 typedef unsigned U32;
442 typedef unsigned long long U64;
443 int test (U32 *inst, U64 *regs) {
444     U64 effective_addr2;
445     U32 temp = *inst;
446     int r1 = (temp >> 20) & 0xf;
447     int b2 = (temp >> 16) & 0xf;
448     effective_addr2 = temp & 0xfff;
449     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
450     b2 = (temp >> 12) & 0xf;
451     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
452     effective_addr2 &= regs[4];
453      if ((effective_addr2 & 3) == 0)
454         return 1;
455     return 0;
456 }
457
458 Note that only the low 2 bits of effective_addr2 are used.  On 32-bit systems,
459 we don't eliminate the computation of the top half of effective_addr2 because
460 we don't have whole-function selection dags.  On x86, this means we use one
461 extra register for the function when effective_addr2 is declared as U64 than
462 when it is declared U32.
463
464 PHI Slicing could be extended to do this.
465
466 //===---------------------------------------------------------------------===//
467
468 LSR should know what GPR types a target has from TargetData.  This code:
469
470 volatile short X, Y; // globals
471
472 void foo(int N) {
473   int i;
474   for (i = 0; i < N; i++) { X = i; Y = i*4; }
475 }
476
477 produces two near identical IV's (after promotion) on PPC/ARM:
478
479 LBB1_2:
480         ldr r3, LCPI1_0
481         ldr r3, [r3]
482         strh r2, [r3]
483         ldr r3, LCPI1_1
484         ldr r3, [r3]
485         strh r1, [r3]
486         add r1, r1, #4
487         add r2, r2, #1   <- [0,+,1]
488         sub r0, r0, #1   <- [0,-,1]
489         cmp r0, #0
490         bne LBB1_2
491
492 LSR should reuse the "+" IV for the exit test.
493
494 //===---------------------------------------------------------------------===//
495
496 Tail call elim should be more aggressive, checking to see if the call is
497 followed by an uncond branch to an exit block.
498
499 ; This testcase is due to tail-duplication not wanting to copy the return
500 ; instruction into the terminating blocks because there was other code
501 ; optimized out of the function after the taildup happened.
502 ; RUN: llvm-as < %s | opt -tailcallelim | llvm-dis | not grep call
503
504 define i32 @t4(i32 %a) {
505 entry:
506         %tmp.1 = and i32 %a, 1          ; <i32> [#uses=1]
507         %tmp.2 = icmp ne i32 %tmp.1, 0          ; <i1> [#uses=1]
508         br i1 %tmp.2, label %then.0, label %else.0
509
510 then.0:         ; preds = %entry
511         %tmp.5 = add i32 %a, -1         ; <i32> [#uses=1]
512         %tmp.3 = call i32 @t4( i32 %tmp.5 )             ; <i32> [#uses=1]
513         br label %return
514
515 else.0:         ; preds = %entry
516         %tmp.7 = icmp ne i32 %a, 0              ; <i1> [#uses=1]
517         br i1 %tmp.7, label %then.1, label %return
518
519 then.1:         ; preds = %else.0
520         %tmp.11 = add i32 %a, -2                ; <i32> [#uses=1]
521         %tmp.9 = call i32 @t4( i32 %tmp.11 )            ; <i32> [#uses=1]
522         br label %return
523
524 return:         ; preds = %then.1, %else.0, %then.0
525         %result.0 = phi i32 [ 0, %else.0 ], [ %tmp.3, %then.0 ],
526                             [ %tmp.9, %then.1 ]
527         ret i32 %result.0
528 }
529
530 //===---------------------------------------------------------------------===//
531
532 Tail recursion elimination should handle:
533
534 int pow2m1(int n) {
535  if (n == 0)
536    return 0;
537  return 2 * pow2m1 (n - 1) + 1;
538 }
539
540 Also, multiplies can be turned into SHL's, so they should be handled as if
541 they were associative.  "return foo() << 1" can be tail recursion eliminated.
542
543 //===---------------------------------------------------------------------===//
544
545 Argument promotion should promote arguments for recursive functions, like 
546 this:
547
548 ; RUN: llvm-as < %s | opt -argpromotion | llvm-dis | grep x.val
549
550 define internal i32 @foo(i32* %x) {
551 entry:
552         %tmp = load i32* %x             ; <i32> [#uses=0]
553         %tmp.foo = call i32 @foo( i32* %x )             ; <i32> [#uses=1]
554         ret i32 %tmp.foo
555 }
556
557 define i32 @bar(i32* %x) {
558 entry:
559         %tmp3 = call i32 @foo( i32* %x )                ; <i32> [#uses=1]
560         ret i32 %tmp3
561 }
562
563 //===---------------------------------------------------------------------===//
564
565 We should investigate an instruction sinking pass.  Consider this silly
566 example in pic mode:
567
568 #include <assert.h>
569 void foo(int x) {
570   assert(x);
571   //...
572 }
573
574 we compile this to:
575 _foo:
576         subl    $28, %esp
577         call    "L1$pb"
578 "L1$pb":
579         popl    %eax
580         cmpl    $0, 32(%esp)
581         je      LBB1_2  # cond_true
582 LBB1_1: # return
583         # ...
584         addl    $28, %esp
585         ret
586 LBB1_2: # cond_true
587 ...
588
589 The PIC base computation (call+popl) is only used on one path through the 
590 code, but is currently always computed in the entry block.  It would be 
591 better to sink the picbase computation down into the block for the 
592 assertion, as it is the only one that uses it.  This happens for a lot of 
593 code with early outs.
594
595 Another example is loads of arguments, which are usually emitted into the 
596 entry block on targets like x86.  If not used in all paths through a 
597 function, they should be sunk into the ones that do.
598
599 In this case, whole-function-isel would also handle this.
600
601 //===---------------------------------------------------------------------===//
602
603 Investigate lowering of sparse switch statements into perfect hash tables:
604 http://burtleburtle.net/bob/hash/perfect.html
605
606 //===---------------------------------------------------------------------===//
607
608 We should turn things like "load+fabs+store" and "load+fneg+store" into the
609 corresponding integer operations.  On a yonah, this loop:
610
611 double a[256];
612 void foo() {
613   int i, b;
614   for (b = 0; b < 10000000; b++)
615   for (i = 0; i < 256; i++)
616     a[i] = -a[i];
617 }
618
619 is twice as slow as this loop:
620
621 long long a[256];
622 void foo() {
623   int i, b;
624   for (b = 0; b < 10000000; b++)
625   for (i = 0; i < 256; i++)
626     a[i] ^= (1ULL << 63);
627 }
628
629 and I suspect other processors are similar.  On X86 in particular this is a
630 big win because doing this with integers allows the use of read/modify/write
631 instructions.
632
633 //===---------------------------------------------------------------------===//
634
635 DAG Combiner should try to combine small loads into larger loads when 
636 profitable.  For example, we compile this C++ example:
637
638 struct THotKey { short Key; bool Control; bool Shift; bool Alt; };
639 extern THotKey m_HotKey;
640 THotKey GetHotKey () { return m_HotKey; }
641
642 into (-O3 -fno-exceptions -static -fomit-frame-pointer):
643
644 __Z9GetHotKeyv:
645         pushl   %esi
646         movl    8(%esp), %eax
647         movb    _m_HotKey+3, %cl
648         movb    _m_HotKey+4, %dl
649         movb    _m_HotKey+2, %ch
650         movw    _m_HotKey, %si
651         movw    %si, (%eax)
652         movb    %ch, 2(%eax)
653         movb    %cl, 3(%eax)
654         movb    %dl, 4(%eax)
655         popl    %esi
656         ret     $4
657
658 GCC produces:
659
660 __Z9GetHotKeyv:
661         movl    _m_HotKey, %edx
662         movl    4(%esp), %eax
663         movl    %edx, (%eax)
664         movzwl  _m_HotKey+4, %edx
665         movw    %dx, 4(%eax)
666         ret     $4
667
668 The LLVM IR contains the needed alignment info, so we should be able to 
669 merge the loads and stores into 4-byte loads:
670
671         %struct.THotKey = type { i16, i8, i8, i8 }
672 define void @_Z9GetHotKeyv(%struct.THotKey* sret  %agg.result) nounwind  {
673 ...
674         %tmp2 = load i16* getelementptr (@m_HotKey, i32 0, i32 0), align 8
675         %tmp5 = load i8* getelementptr (@m_HotKey, i32 0, i32 1), align 2
676         %tmp8 = load i8* getelementptr (@m_HotKey, i32 0, i32 2), align 1
677         %tmp11 = load i8* getelementptr (@m_HotKey, i32 0, i32 3), align 2
678
679 Alternatively, we should use a small amount of base-offset alias analysis
680 to make it so the scheduler doesn't need to hold all the loads in regs at
681 once.
682
683 //===---------------------------------------------------------------------===//
684
685 We should add an FRINT node to the DAG to model targets that have legal
686 implementations of ceil/floor/rint.
687
688 //===---------------------------------------------------------------------===//
689
690 Consider:
691
692 int test() {
693   long long input[8] = {1,1,1,1,1,1,1,1};
694   foo(input);
695 }
696
697 We currently compile this into a memcpy from a global array since the 
698 initializer is fairly large and not memset'able.  This is good, but the memcpy
699 gets lowered to load/stores in the code generator.  This is also ok, except
700 that the codegen lowering for memcpy doesn't handle the case when the source
701 is a constant global.  This gives us atrocious code like this:
702
703         call    "L1$pb"
704 "L1$pb":
705         popl    %eax
706         movl    _C.0.1444-"L1$pb"+32(%eax), %ecx
707         movl    %ecx, 40(%esp)
708         movl    _C.0.1444-"L1$pb"+20(%eax), %ecx
709         movl    %ecx, 28(%esp)
710         movl    _C.0.1444-"L1$pb"+36(%eax), %ecx
711         movl    %ecx, 44(%esp)
712         movl    _C.0.1444-"L1$pb"+44(%eax), %ecx
713         movl    %ecx, 52(%esp)
714         movl    _C.0.1444-"L1$pb"+40(%eax), %ecx
715         movl    %ecx, 48(%esp)
716         movl    _C.0.1444-"L1$pb"+12(%eax), %ecx
717         movl    %ecx, 20(%esp)
718         movl    _C.0.1444-"L1$pb"+4(%eax), %ecx
719 ...
720
721 instead of:
722         movl    $1, 16(%esp)
723         movl    $0, 20(%esp)
724         movl    $1, 24(%esp)
725         movl    $0, 28(%esp)
726         movl    $1, 32(%esp)
727         movl    $0, 36(%esp)
728         ...
729
730 //===---------------------------------------------------------------------===//
731
732 http://llvm.org/PR717:
733
734 The following code should compile into "ret int undef". Instead, LLVM
735 produces "ret int 0":
736
737 int f() {
738   int x = 4;
739   int y;
740   if (x == 3) y = 0;
741   return y;
742 }
743
744 //===---------------------------------------------------------------------===//
745
746 The loop unroller should partially unroll loops (instead of peeling them)
747 when code growth isn't too bad and when an unroll count allows simplification
748 of some code within the loop.  One trivial example is:
749
750 #include <stdio.h>
751 int main() {
752     int nRet = 17;
753     int nLoop;
754     for ( nLoop = 0; nLoop < 1000; nLoop++ ) {
755         if ( nLoop & 1 )
756             nRet += 2;
757         else
758             nRet -= 1;
759     }
760     return nRet;
761 }
762
763 Unrolling by 2 would eliminate the '&1' in both copies, leading to a net
764 reduction in code size.  The resultant code would then also be suitable for
765 exit value computation.
766
767 //===---------------------------------------------------------------------===//
768
769 We miss a bunch of rotate opportunities on various targets, including ppc, x86,
770 etc.  On X86, we miss a bunch of 'rotate by variable' cases because the rotate
771 matching code in dag combine doesn't look through truncates aggressively 
772 enough.  Here are some testcases reduces from GCC PR17886:
773
774 unsigned long long f(unsigned long long x, int y) {
775   return (x << y) | (x >> 64-y); 
776
777 unsigned f2(unsigned x, int y){
778   return (x << y) | (x >> 32-y); 
779
780 unsigned long long f3(unsigned long long x){
781   int y = 9;
782   return (x << y) | (x >> 64-y); 
783
784 unsigned f4(unsigned x){
785   int y = 10;
786   return (x << y) | (x >> 32-y); 
787 }
788 unsigned long long f5(unsigned long long x, unsigned long long y) {
789   return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
790 }
791 unsigned long long f6(unsigned long long x, unsigned long long y, int z) {
792   switch(z) {
793   case 1:
794     return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
795   case 2:
796     return (x << 16) | ((y >> 40) & 0xffffull);
797   case 3:
798     return (x << 24) | ((y >> 32) & 0xffffffull);
799   case 4:
800     return (x << 32) | ((y >> 24) & 0xffffffffull);
801   default:
802     return (x << 40) | ((y >> 16) & 0xffffffffffull);
803   }
804 }
805
806 On X86-64, we only handle f2/f3/f4 right.  On x86-32, a few of these 
807 generate truly horrible code, instead of using shld and friends.  On
808 ARM, we end up with calls to L___lshrdi3/L___ashldi3 in f, which is
809 badness.  PPC64 misses f, f5 and f6.  CellSPU aborts in isel.
810
811 //===---------------------------------------------------------------------===//
812
813 We do a number of simplifications in simplify libcalls to strength reduce
814 standard library functions, but we don't currently merge them together.  For
815 example, it is useful to merge memcpy(a,b,strlen(b)) -> strcpy.  This can only
816 be done safely if "b" isn't modified between the strlen and memcpy of course.
817
818 //===---------------------------------------------------------------------===//
819
820 We compile this program: (from GCC PR11680)
821 http://gcc.gnu.org/bugzilla/attachment.cgi?id=4487
822
823 Into code that runs the same speed in fast/slow modes, but both modes run 2x
824 slower than when compile with GCC (either 4.0 or 4.2):
825
826 $ llvm-g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
827 $ time ./a.out fast
828 1.821u 0.003s 0:01.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
829
830 $ g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
831 $ time ./a.out fast
832 0.821u 0.001s 0:00.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
833
834 It looks like we are making the same inlining decisions, so this may be raw
835 codegen badness or something else (haven't investigated).
836
837 //===---------------------------------------------------------------------===//
838
839 We miss some instcombines for stuff like this:
840 void bar (void);
841 void foo (unsigned int a) {
842   /* This one is equivalent to a >= (3 << 2).  */
843   if ((a >> 2) >= 3)
844     bar ();
845 }
846
847 A few other related ones are in GCC PR14753.
848
849 //===---------------------------------------------------------------------===//
850
851 Divisibility by constant can be simplified (according to GCC PR12849) from
852 being a mulhi to being a mul lo (cheaper).  Testcase:
853
854 void bar(unsigned n) {
855   if (n % 3 == 0)
856     true();
857 }
858
859 This is equivalent to the following, where 2863311531 is the multiplicative
860 inverse of 3, and 1431655766 is ((2^32)-1)/3+1:
861 void bar(unsigned n) {
862   if (n * 2863311531U < 1431655766U)
863     true();
864 }
865
866 The same transformation can work with an even modulo with the addition of a
867 rotate: rotate the result of the multiply to the right by the number of bits
868 which need to be zero for the condition to be true, and shrink the compare RHS
869 by the same amount.  Unless the target supports rotates, though, that
870 transformation probably isn't worthwhile.
871
872 The transformation can also easily be made to work with non-zero equality
873 comparisons: just transform, for example, "n % 3 == 1" to "(n-1) % 3 == 0".
874
875 //===---------------------------------------------------------------------===//
876
877 Better mod/ref analysis for scanf would allow us to eliminate the vtable and a
878 bunch of other stuff from this example (see PR1604): 
879
880 #include <cstdio>
881 struct test {
882     int val;
883     virtual ~test() {}
884 };
885
886 int main() {
887     test t;
888     std::scanf("%d", &t.val);
889     std::printf("%d\n", t.val);
890 }
891
892 //===---------------------------------------------------------------------===//
893
894 These functions perform the same computation, but produce different assembly.
895
896 define i8 @select(i8 %x) readnone nounwind {
897   %A = icmp ult i8 %x, 250
898   %B = select i1 %A, i8 0, i8 1
899   ret i8 %B 
900 }
901
902 define i8 @addshr(i8 %x) readnone nounwind {
903   %A = zext i8 %x to i9
904   %B = add i9 %A, 6       ;; 256 - 250 == 6
905   %C = lshr i9 %B, 8
906   %D = trunc i9 %C to i8
907   ret i8 %D
908 }
909
910 //===---------------------------------------------------------------------===//
911
912 From gcc bug 24696:
913 int
914 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
915 {
916   return ((a & (c - 1)) != 0) || ((b & (c - 1)) != 0);
917 }
918 int
919 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
920 {
921   return ((a & (c - 1)) != 0) | ((b & (c - 1)) != 0);
922 }
923 Both should combine to ((a|b) & (c-1)) != 0.  Currently not optimized with
924 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
925
926 //===---------------------------------------------------------------------===//
927
928 From GCC Bug 20192:
929 #define PMD_MASK    (~((1UL << 23) - 1))
930 void clear_pmd_range(unsigned long start, unsigned long end)
931 {
932    if (!(start & ~PMD_MASK) && !(end & ~PMD_MASK))
933        f();
934 }
935 The expression should optimize to something like
936 "!((start|end)&~PMD_MASK). Currently not optimized with "clang
937 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
938
939 //===---------------------------------------------------------------------===//
940
941 unsigned int f(unsigned int i, unsigned int n) {++i; if (i == n) ++i; return
942 i;}
943 unsigned int f2(unsigned int i, unsigned int n) {++i; i += i == n; return i;}
944 These should combine to the same thing.  Currently, the first function
945 produces better code on X86.
946
947 //===---------------------------------------------------------------------===//
948
949 From GCC Bug 15784:
950 #define abs(x) x>0?x:-x
951 int f(int x, int y)
952 {
953  return (abs(x)) >= 0;
954 }
955 This should optimize to x == INT_MIN. (With -fwrapv.)  Currently not
956 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
957
958 //===---------------------------------------------------------------------===//
959
960 From GCC Bug 14753:
961 void
962 rotate_cst (unsigned int a)
963 {
964  a = (a << 10) | (a >> 22);
965  if (a == 123)
966    bar ();
967 }
968 void
969 minus_cst (unsigned int a)
970 {
971  unsigned int tem;
972
973  tem = 20 - a;
974  if (tem == 5)
975    bar ();
976 }
977 void
978 mask_gt (unsigned int a)
979 {
980  /* This is equivalent to a > 15.  */
981  if ((a & ~7) > 8)
982    bar ();
983 }
984 void
985 rshift_gt (unsigned int a)
986 {
987  /* This is equivalent to a > 23.  */
988  if ((a >> 2) > 5)
989    bar ();
990 }
991 All should simplify to a single comparison.  All of these are
992 currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt
993 -std-compile-opts".
994
995 //===---------------------------------------------------------------------===//
996
997 From GCC Bug 32605:
998 int c(int* x) {return (char*)x+2 == (char*)x;}
999 Should combine to 0.  Currently not optimized with "clang
1000 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts" (although llc can optimize it).
1001
1002 //===---------------------------------------------------------------------===//
1003
1004 int a(unsigned b) {return ((b << 31) | (b << 30)) >> 31;}
1005 Should be combined to  "((b >> 1) | b) & 1".  Currently not optimized
1006 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1007
1008 //===---------------------------------------------------------------------===//
1009
1010 unsigned a(unsigned x, unsigned y) { return x | (y & 1) | (y & 2);}
1011 Should combine to "x | (y & 3)".  Currently not optimized with "clang
1012 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1013
1014 //===---------------------------------------------------------------------===//
1015
1016 int a(int a, int b, int c) {return (~a & c) | ((c|a) & b);}
1017 Should fold to "(~a & c) | (a & b)".  Currently not optimized with
1018 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1019
1020 //===---------------------------------------------------------------------===//
1021
1022 int a(int a,int b) {return (~(a|b))|a;}
1023 Should fold to "a|~b".  Currently not optimized with "clang
1024 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1025
1026 //===---------------------------------------------------------------------===//
1027
1028 int a(int a, int b) {return (a&&b) || (a&&!b);}
1029 Should fold to "a".  Currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc
1030 | opt -std-compile-opts".
1031
1032 //===---------------------------------------------------------------------===//
1033
1034 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (!a&&c);}
1035 Should fold to "a ? b : c", or at least something sane.  Currently not
1036 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1037
1038 //===---------------------------------------------------------------------===//
1039
1040 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (a&&c) || (a&&b&&c);}
1041 Should fold to a && (b || c).  Currently not optimized with "clang
1042 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1043
1044 //===---------------------------------------------------------------------===//
1045
1046 int a(int x) {return x | ((x & 8) ^ 8);}
1047 Should combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
1048 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1049
1050 //===---------------------------------------------------------------------===//
1051
1052 int a(int x) {return x ^ ((x & 8) ^ 8);}
1053 Should also combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
1054 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1055
1056 //===---------------------------------------------------------------------===//
1057
1058 int a(int x) {return (x & 8) == 0 ? -1 : -9;}
1059 Should combine to (x | -9) ^ 8.  Currently not optimized with "clang
1060 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1061
1062 //===---------------------------------------------------------------------===//
1063
1064 int a(int x) {return (x & 8) == 0 ? -9 : -1;}
1065 Should combine to x | -9.  Currently not optimized with "clang
1066 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1067
1068 //===---------------------------------------------------------------------===//
1069
1070 int a(int x) {return ((x | -9) ^ 8) & x;}
1071 Should combine to x & -9.  Currently not optimized with "clang
1072 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1073
1074 //===---------------------------------------------------------------------===//
1075
1076 unsigned a(unsigned a) {return a * 0x11111111 >> 28 & 1;}
1077 Should combine to "a * 0x88888888 >> 31".  Currently not optimized
1078 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1079
1080 //===---------------------------------------------------------------------===//
1081
1082 unsigned a(char* x) {if ((*x & 32) == 0) return b();}
1083 There's an unnecessary zext in the generated code with "clang
1084 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1085
1086 //===---------------------------------------------------------------------===//
1087
1088 unsigned a(unsigned long long x) {return 40 * (x >> 1);}
1089 Should combine to "20 * (((unsigned)x) & -2)".  Currently not
1090 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
1091
1092 //===---------------------------------------------------------------------===//
1093
1094 This was noticed in the entryblock for grokdeclarator in 403.gcc:
1095
1096         %tmp = icmp eq i32 %decl_context, 4          
1097         %decl_context_addr.0 = select i1 %tmp, i32 3, i32 %decl_context 
1098         %tmp1 = icmp eq i32 %decl_context_addr.0, 1 
1099         %decl_context_addr.1 = select i1 %tmp1, i32 0, i32 %decl_context_addr.0
1100
1101 tmp1 should be simplified to something like:
1102   (!tmp || decl_context == 1)
1103
1104 This allows recursive simplifications, tmp1 is used all over the place in
1105 the function, e.g. by:
1106
1107         %tmp23 = icmp eq i32 %decl_context_addr.1, 0            ; <i1> [#uses=1]
1108         %tmp24 = xor i1 %tmp1, true             ; <i1> [#uses=1]
1109         %or.cond8 = and i1 %tmp23, %tmp24               ; <i1> [#uses=1]
1110
1111 later.
1112
1113 //===---------------------------------------------------------------------===//
1114
1115 [STORE SINKING]
1116
1117 Store sinking: This code:
1118
1119 void f (int n, int *cond, int *res) {
1120     int i;
1121     *res = 0;
1122     for (i = 0; i < n; i++)
1123         if (*cond)
1124             *res ^= 234; /* (*) */
1125 }
1126
1127 On this function GVN hoists the fully redundant value of *res, but nothing
1128 moves the store out.  This gives us this code:
1129
1130 bb:             ; preds = %bb2, %entry
1131         %.rle = phi i32 [ 0, %entry ], [ %.rle6, %bb2 ] 
1132         %i.05 = phi i32 [ 0, %entry ], [ %indvar.next, %bb2 ]
1133         %1 = load i32* %cond, align 4
1134         %2 = icmp eq i32 %1, 0
1135         br i1 %2, label %bb2, label %bb1
1136
1137 bb1:            ; preds = %bb
1138         %3 = xor i32 %.rle, 234 
1139         store i32 %3, i32* %res, align 4
1140         br label %bb2
1141
1142 bb2:            ; preds = %bb, %bb1
1143         %.rle6 = phi i32 [ %3, %bb1 ], [ %.rle, %bb ]   
1144         %indvar.next = add i32 %i.05, 1 
1145         %exitcond = icmp eq i32 %indvar.next, %n
1146         br i1 %exitcond, label %return, label %bb
1147
1148 DSE should sink partially dead stores to get the store out of the loop.
1149
1150 Here's another partial dead case:
1151 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12395
1152
1153 //===---------------------------------------------------------------------===//
1154
1155 Scalar PRE hoists the mul in the common block up to the else:
1156
1157 int test (int a, int b, int c, int g) {
1158   int d, e;
1159   if (a)
1160     d = b * c;
1161   else
1162     d = b - c;
1163   e = b * c + g;
1164   return d + e;
1165 }
1166
1167 It would be better to do the mul once to reduce codesize above the if.
1168 This is GCC PR38204.
1169
1170 //===---------------------------------------------------------------------===//
1171
1172 [STORE SINKING]
1173
1174 GCC PR37810 is an interesting case where we should sink load/store reload
1175 into the if block and outside the loop, so we don't reload/store it on the
1176 non-call path.
1177
1178 for () {
1179   *P += 1;
1180   if ()
1181     call();
1182   else
1183     ...
1184 ->
1185 tmp = *P
1186 for () {
1187   tmp += 1;
1188   if () {
1189     *P = tmp;
1190     call();
1191     tmp = *P;
1192   } else ...
1193 }
1194 *P = tmp;
1195
1196 We now hoist the reload after the call (Transforms/GVN/lpre-call-wrap.ll), but
1197 we don't sink the store.  We need partially dead store sinking.
1198
1199 //===---------------------------------------------------------------------===//
1200
1201 [LOAD PRE CRIT EDGE SPLITTING]
1202
1203 GCC PR37166: Sinking of loads prevents SROA'ing the "g" struct on the stack
1204 leading to excess stack traffic. This could be handled by GVN with some crazy
1205 symbolic phi translation.  The code we get looks like (g is on the stack):
1206
1207 bb2:            ; preds = %bb1
1208 ..
1209         %9 = getelementptr %struct.f* %g, i32 0, i32 0          
1210         store i32 %8, i32* %9, align  bel %bb3
1211
1212 bb3:            ; preds = %bb1, %bb2, %bb
1213         %c_addr.0 = phi %struct.f* [ %g, %bb2 ], [ %c, %bb ], [ %c, %bb1 ]
1214         %b_addr.0 = phi %struct.f* [ %b, %bb2 ], [ %g, %bb ], [ %b, %bb1 ]
1215         %10 = getelementptr %struct.f* %c_addr.0, i32 0, i32 0
1216         %11 = load i32* %10, align 4
1217
1218 %11 is partially redundant, an in BB2 it should have the value %8.
1219
1220 GCC PR33344 and PR35287 are similar cases.
1221
1222
1223 //===---------------------------------------------------------------------===//
1224
1225 [LOAD PRE]
1226
1227 There are many load PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/loadpre* in the
1228 GCC testsuite, ones we don't get yet are (checked through loadpre25):
1229
1230 [CRIT EDGE BREAKING]
1231 loadpre3.c predcom-4.c
1232
1233 [PRE OF READONLY CALL]
1234 loadpre5.c
1235
1236 [TURN SELECT INTO BRANCH]
1237 loadpre14.c loadpre15.c 
1238
1239 actually a conditional increment: loadpre18.c loadpre19.c
1240
1241
1242 //===---------------------------------------------------------------------===//
1243
1244 [SCALAR PRE]
1245 There are many PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/ssa-pre-*.c in the
1246 GCC testsuite.
1247
1248 //===---------------------------------------------------------------------===//
1249
1250 There are some interesting cases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/pred-comm* in the
1251 GCC testsuite.  For example, we get the first example in predcom-1.c, but 
1252 miss the second one:
1253
1254 unsigned fib[1000];
1255 unsigned avg[1000];
1256
1257 __attribute__ ((noinline))
1258 void count_averages(int n) {
1259   int i;
1260   for (i = 1; i < n; i++)
1261     avg[i] = (((unsigned long) fib[i - 1] + fib[i] + fib[i + 1]) / 3) & 0xffff;
1262 }
1263
1264 which compiles into two loads instead of one in the loop.
1265
1266 predcom-2.c is the same as predcom-1.c
1267
1268 predcom-3.c is very similar but needs loads feeding each other instead of
1269 store->load.
1270
1271
1272 //===---------------------------------------------------------------------===//
1273
1274 [ALIAS ANALYSIS]
1275
1276 Type based alias analysis:
1277 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=14705
1278
1279 We should do better analysis of posix_memalign.  At the least it should
1280 no-capture its pointer argument, at best, we should know that the out-value
1281 result doesn't point to anything (like malloc).  One example of this is in
1282 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c
1283
1284 //===---------------------------------------------------------------------===//
1285
1286 A/B get pinned to the stack because we turn an if/then into a select instead
1287 of PRE'ing the load/store.  This may be fixable in instcombine:
1288 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=37892
1289
1290 struct X { int i; };
1291 int foo (int x) {
1292   struct X a;
1293   struct X b;
1294   struct X *p;
1295   a.i = 1;
1296   b.i = 2;
1297   if (x)
1298     p = &a;
1299   else
1300     p = &b;
1301   return p->i;
1302 }
1303
1304 //===---------------------------------------------------------------------===//
1305
1306 Interesting missed case because of control flow flattening (should be 2 loads):
1307 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=26629
1308 With: llvm-gcc t2.c -S -o - -O0 -emit-llvm | llvm-as | 
1309              opt -mem2reg -gvn -instcombine | llvm-dis
1310 we miss it because we need 1) CRIT EDGE 2) MULTIPLE DIFFERENT
1311 VALS PRODUCED BY ONE BLOCK OVER DIFFERENT PATHS
1312
1313 //===---------------------------------------------------------------------===//
1314
1315 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=19633
1316 We could eliminate the branch condition here, loading from null is undefined:
1317
1318 struct S { int w, x, y, z; };
1319 struct T { int r; struct S s; };
1320 void bar (struct S, int);
1321 void foo (int a, struct T b)
1322 {
1323   struct S *c = 0;
1324   if (a)
1325     c = &b.s;
1326   bar (*c, a);
1327 }
1328
1329 //===---------------------------------------------------------------------===//
1330
1331 simplifylibcalls should do several optimizations for strspn/strcspn:
1332
1333 strcspn(x, "a") -> inlined loop for up to 3 letters (similarly for strspn):
1334
1335 size_t __strcspn_c3 (__const char *__s, int __reject1, int __reject2,
1336                      int __reject3) {
1337   register size_t __result = 0;
1338   while (__s[__result] != '\0' && __s[__result] != __reject1 &&
1339          __s[__result] != __reject2 && __s[__result] != __reject3)
1340     ++__result;
1341   return __result;
1342 }
1343
1344 This should turn into a switch on the character.  See PR3253 for some notes on
1345 codegen.
1346
1347 456.hmmer apparently uses strcspn and strspn a lot.  471.omnetpp uses strspn.
1348
1349 //===---------------------------------------------------------------------===//
1350
1351 "gas" uses this idiom:
1352   else if (strchr ("+-/*%|&^:[]()~", *intel_parser.op_string))
1353 ..
1354   else if (strchr ("<>", *intel_parser.op_string)
1355
1356 Those should be turned into a switch.
1357
1358 //===---------------------------------------------------------------------===//
1359
1360 252.eon contains this interesting code:
1361
1362         %3072 = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 0
1363         %3073 = call i8* @strcpy(i8* %3072, i8* %3071) nounwind
1364         %strlen = call i32 @strlen(i8* %3072)    ; uses = 1
1365         %endptr = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 %strlen
1366         call void @llvm.memcpy.i32(i8* %endptr, 
1367           i8* getelementptr ([5 x i8]* @"\01LC42", i32 0, i32 0), i32 5, i32 1)
1368         %3074 = call i32 @strlen(i8* %endptr) nounwind readonly 
1369         
1370 This is interesting for a couple reasons.  First, in this:
1371
1372         %3073 = call i8* @strcpy(i8* %3072, i8* %3071) nounwind
1373         %strlen = call i32 @strlen(i8* %3072)  
1374
1375 The strlen could be replaced with: %strlen = sub %3072, %3073, because the
1376 strcpy call returns a pointer to the end of the string.  Based on that, the
1377 endptr GEP just becomes equal to 3073, which eliminates a strlen call and GEP.
1378
1379 Second, the memcpy+strlen strlen can be replaced with:
1380
1381         %3074 = call i32 @strlen([5 x i8]* @"\01LC42") nounwind readonly 
1382
1383 Because the destination was just copied into the specified memory buffer.  This,
1384 in turn, can be constant folded to "4".
1385
1386 In other code, it contains:
1387
1388         %endptr6978 = bitcast i8* %endptr69 to i32*            
1389         store i32 7107374, i32* %endptr6978, align 1
1390         %3167 = call i32 @strlen(i8* %endptr69) nounwind readonly    
1391
1392 Which could also be constant folded.  Whatever is producing this should probably
1393 be fixed to leave this as a memcpy from a string.
1394
1395 Further, eon also has an interesting partially redundant strlen call:
1396
1397 bb8:            ; preds = %_ZN18eonImageCalculatorC1Ev.exit
1398         %682 = getelementptr i8** %argv, i32 6          ; <i8**> [#uses=2]
1399         %683 = load i8** %682, align 4          ; <i8*> [#uses=4]
1400         %684 = load i8* %683, align 1           ; <i8> [#uses=1]
1401         %685 = icmp eq i8 %684, 0               ; <i1> [#uses=1]
1402         br i1 %685, label %bb10, label %bb9
1403
1404 bb9:            ; preds = %bb8
1405         %686 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1406         %687 = icmp ugt i32 %686, 254           ; <i1> [#uses=1]
1407         br i1 %687, label %bb10, label %bb11
1408
1409 bb10:           ; preds = %bb9, %bb8
1410         %688 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1411
1412 This could be eliminated by doing the strlen once in bb8, saving code size and
1413 improving perf on the bb8->9->10 path.
1414
1415 //===---------------------------------------------------------------------===//
1416
1417 I see an interesting fully redundant call to strlen left in 186.crafty:InputMove
1418 which looks like:
1419        %movetext11 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 0 
1420  
1421
1422 bb62:           ; preds = %bb55, %bb53
1423         %promote.0 = phi i32 [ %169, %bb55 ], [ 0, %bb53 ]             
1424         %171 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1425         %172 = add i32 %171, -1         ; <i32> [#uses=1]
1426         %173 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 %172       
1427
1428 ...  no stores ...
1429        br i1 %or.cond, label %bb65, label %bb72
1430
1431 bb65:           ; preds = %bb62
1432         store i8 0, i8* %173, align 1
1433         br label %bb72
1434
1435 bb72:           ; preds = %bb65, %bb62
1436         %trank.1 = phi i32 [ %176, %bb65 ], [ -1, %bb62 ]            
1437         %177 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1438
1439 Note that on the bb62->bb72 path, that the %177 strlen call is partially
1440 redundant with the %171 call.  At worst, we could shove the %177 strlen call
1441 up into the bb65 block moving it out of the bb62->bb72 path.   However, note
1442 that bb65 stores to the string, zeroing out the last byte.  This means that on
1443 that path the value of %177 is actually just %171-1.  A sub is cheaper than a
1444 strlen!
1445
1446 This pattern repeats several times, basically doing:
1447
1448   A = strlen(P);
1449   P[A-1] = 0;
1450   B = strlen(P);
1451   where it is "obvious" that B = A-1.
1452
1453 //===---------------------------------------------------------------------===//
1454
1455 186.crafty also contains this code:
1456
1457 %1906 = call i32 @strlen(i8* getelementptr ([32 x i8]* @pgn_event, i32 0,i32 0))
1458 %1907 = getelementptr [32 x i8]* @pgn_event, i32 0, i32 %1906
1459 %1908 = call i8* @strcpy(i8* %1907, i8* %1905) nounwind align 1
1460 %1909 = call i32 @strlen(i8* getelementptr ([32 x i8]* @pgn_event, i32 0,i32 0))
1461 %1910 = getelementptr [32 x i8]* @pgn_event, i32 0, i32 %1909         
1462
1463 The last strlen is computable as 1908-@pgn_event, which means 1910=1908.
1464
1465 //===---------------------------------------------------------------------===//
1466
1467 186.crafty has this interesting pattern with the "out.4543" variable:
1468
1469 call void @llvm.memcpy.i32(
1470         i8* getelementptr ([10 x i8]* @out.4543, i32 0, i32 0),
1471        i8* getelementptr ([7 x i8]* @"\01LC28700", i32 0, i32 0), i32 7, i32 1) 
1472 %101 = call@printf(i8* ...   @out.4543, i32 0, i32 0)) nounwind 
1473
1474 It is basically doing:
1475
1476   memcpy(globalarray, "string");
1477   printf(...,  globalarray);
1478   
1479 Anyway, by knowing that printf just reads the memory and forward substituting
1480 the string directly into the printf, this eliminates reads from globalarray.
1481 Since this pattern occurs frequently in crafty (due to the "DisplayTime" and
1482 other similar functions) there are many stores to "out".  Once all the printfs
1483 stop using "out", all that is left is the memcpy's into it.  This should allow
1484 globalopt to remove the "stored only" global.
1485
1486 //===---------------------------------------------------------------------===//
1487
1488 This code:
1489
1490 define inreg i32 @foo(i8* inreg %p) nounwind {
1491   %tmp0 = load i8* %p
1492   %tmp1 = ashr i8 %tmp0, 5
1493   %tmp2 = sext i8 %tmp1 to i32
1494   ret i32 %tmp2
1495 }
1496
1497 could be dagcombine'd to a sign-extending load with a shift.
1498 For example, on x86 this currently gets this:
1499
1500         movb    (%eax), %al
1501         sarb    $5, %al
1502         movsbl  %al, %eax
1503
1504 while it could get this:
1505
1506         movsbl  (%eax), %eax
1507         sarl    $5, %eax
1508
1509 //===---------------------------------------------------------------------===//
1510
1511 GCC PR31029:
1512
1513 int test(int x) { return 1-x == x; }     // --> return false
1514 int test2(int x) { return 2-x == x; }    // --> return x == 1 ?
1515
1516 Always foldable for odd constants, what is the rule for even?
1517
1518 //===---------------------------------------------------------------------===//
1519
1520 PR 3381: GEP to field of size 0 inside a struct could be turned into GEP
1521 for next field in struct (which is at same address).
1522
1523 For example: store of float into { {{}}, float } could be turned into a store to
1524 the float directly.
1525
1526 //===---------------------------------------------------------------------===//
1527
1528 The arg promotion pass should make use of nocapture to make its alias analysis
1529 stuff much more precise.
1530
1531 //===---------------------------------------------------------------------===//
1532
1533 The following functions should be optimized to use a select instead of a
1534 branch (from gcc PR40072):
1535
1536 char char_int(int m) {if(m>7) return 0; return m;}
1537 int int_char(char m) {if(m>7) return 0; return m;}
1538
1539 //===---------------------------------------------------------------------===//
1540
1541 int func(int a, int b) { if (a & 0x80) b |= 0x80; else b &= ~0x80; return b; }
1542
1543 Generates this:
1544
1545 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1546 entry:
1547   %0 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1548   %1 = icmp eq i32 %0, 0                          ; <i1> [#uses=1]
1549   %2 = or i32 %b, 128                             ; <i32> [#uses=1]
1550   %3 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1551   %b_addr.0 = select i1 %1, i32 %3, i32 %2        ; <i32> [#uses=1]
1552   ret i32 %b_addr.0
1553 }
1554
1555 However, it's functionally equivalent to:
1556
1557          b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1558
1559 Which generates this:
1560
1561 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1562 entry:
1563   %0 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1564   %1 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1565   %2 = or i32 %0, %1                              ; <i32> [#uses=1]
1566   ret i32 %2
1567 }
1568
1569 This can be generalized for other forms:
1570
1571      b = (b & ~0x80) | (a & 0x40) << 1;
1572
1573 //===---------------------------------------------------------------------===//
1574
1575 These two functions produce different code. They shouldn't:
1576
1577 #include <stdint.h>
1578  
1579 uint8_t p1(uint8_t b, uint8_t a) {
1580   b = (b & ~0xc0) | (a & 0xc0);
1581   return (b);
1582 }
1583  
1584 uint8_t p2(uint8_t b, uint8_t a) {
1585   b = (b & ~0x40) | (a & 0x40);
1586   b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1587   return (b);
1588 }
1589
1590 define zeroext i8 @p1(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1591 entry:
1592   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1593   %1 = and i8 %a, -64                             ; <i8> [#uses=1]
1594   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1595   ret i8 %2
1596 }
1597
1598 define zeroext i8 @p2(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1599 entry:
1600   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1601   %.masked = and i8 %a, 64                        ; <i8> [#uses=1]
1602   %1 = and i8 %a, -128                            ; <i8> [#uses=1]
1603   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1604   %3 = or i8 %2, %.masked                         ; <i8> [#uses=1]
1605   ret i8 %3
1606 }
1607
1608 //===---------------------------------------------------------------------===//
1609
1610 IPSCCP does not currently propagate argument dependent constants through
1611 functions where it does not not all of the callers.  This includes functions
1612 with normal external linkage as well as templates, C99 inline functions etc.
1613 Specifically, it does nothing to:
1614
1615 define i32 @test(i32 %x, i32 %y, i32 %z) nounwind {
1616 entry:
1617   %0 = add nsw i32 %y, %z                         
1618   %1 = mul i32 %0, %x                             
1619   %2 = mul i32 %y, %z                             
1620   %3 = add nsw i32 %1, %2                         
1621   ret i32 %3
1622 }
1623
1624 define i32 @test2() nounwind {
1625 entry:
1626   %0 = call i32 @test(i32 1, i32 2, i32 4) nounwind
1627   ret i32 %0
1628 }
1629
1630 It would be interesting extend IPSCCP to be able to handle simple cases like
1631 this, where all of the arguments to a call are constant.  Because IPSCCP runs
1632 before inlining, trivial templates and inline functions are not yet inlined.
1633 The results for a function + set of constant arguments should be memoized in a
1634 map.
1635
1636 //===---------------------------------------------------------------------===//
1637
1638 The libcall constant folding stuff should be moved out of SimplifyLibcalls into
1639 libanalysis' constantfolding logic.  This would allow IPSCCP to be able to
1640 handle simple things like this:
1641
1642 static int foo(const char *X) { return strlen(X); }
1643 int bar() { return foo("abcd"); }
1644
1645 //===---------------------------------------------------------------------===//
1646
1647 InstCombine should use SimplifyDemandedBits to remove the or instruction:
1648
1649 define i1 @test(i8 %x, i8 %y) {
1650   %A = or i8 %x, 1
1651   %B = icmp ugt i8 %A, 3
1652   ret i1 %B
1653 }
1654
1655 Currently instcombine calls SimplifyDemandedBits with either all bits or just
1656 the sign bit, if the comparison is obviously a sign test. In this case, we only
1657 need all but the bottom two bits from %A, and if we gave that mask to SDB it
1658 would delete the or instruction for us.
1659
1660 //===---------------------------------------------------------------------===//
1661
1662 functionattrs doesn't know much about memcpy/memset.  This function should be
1663 marked readnone rather than readonly, since it only twiddles local memory, but
1664 functionattrs doesn't handle memset/memcpy/memmove aggressively:
1665
1666 struct X { int *p; int *q; };
1667 int foo() {
1668  int i = 0, j = 1;
1669  struct X x, y;
1670  int **p;
1671  y.p = &i;
1672  x.q = &j;
1673  p = __builtin_memcpy (&x, &y, sizeof (int *));
1674  return **p;
1675 }
1676
1677 //===---------------------------------------------------------------------===//
1678
1679 Missed instcombine transformation:
1680 define i1 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1681 entry:
1682   %cmp = icmp eq i32 %x, 30
1683   %sub = add i32 %x, -30
1684   %cmp2 = icmp ugt i32 %sub, 9
1685   %or = or i1 %cmp, %cmp2
1686   ret i1 %or
1687 }
1688 This should be optimized to a single compare.  Testcase derived from gcc.
1689
1690 //===---------------------------------------------------------------------===//
1691
1692 Missed instcombine or reassociate transformation:
1693 int a(int a, int b) { return (a==12)&(b>47)&(b<58); }
1694
1695 The sgt and slt should be combined into a single comparison. Testcase derived
1696 from gcc.
1697
1698 //===---------------------------------------------------------------------===//
1699
1700 Missed instcombine transformation:
1701 define i32 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1702 entry:
1703   %rem = srem i32 %x, 32
1704   %shl = shl i32 1, %rem
1705   ret i32 %shl
1706 }
1707
1708 The srem can be transformed to an and because if x is negative, the shift is
1709 undefined.  Here's a more general case that occurs on 64-bit targets:
1710
1711   %382 = srem i32 %tmp14.i, 64                    ; [#uses=1]
1712   %383 = zext i32 %382 to i64                     ; [#uses=1]
1713   %384 = shl i64 %381, %383                       ; [#uses=1]
1714   %385 = icmp slt i32 %tmp14.i, 64                ; [#uses=1]
1715
1716 Testcase derived from 403.gcc.
1717
1718 //===---------------------------------------------------------------------===//
1719
1720 This is a range comparison on a divided result (from 403.gcc):
1721
1722   %1337 = sdiv i32 %1336, 8                       ; [#uses=1]
1723   %.off.i208 = add i32 %1336, 7                   ; [#uses=1]
1724   %1338 = icmp ult i32 %.off.i208, 15             ; [#uses=1]
1725   
1726 We already catch this (removing the sdiv) if there isn't an add, we should
1727 handle the 'add' as well.  This is a common idiom with it's builtin_alloca code.
1728 C testcase:
1729
1730 int a(int x) { return (unsigned)(x/16+7) < 15; }
1731
1732 Another similar case involves truncations on 64-bit targets:
1733
1734   %361 = sdiv i64 %.046, 8                        ; [#uses=1]
1735   %362 = trunc i64 %361 to i32                    ; [#uses=2]
1736 ...
1737   %367 = icmp eq i32 %362, 0                      ; [#uses=1]
1738
1739 //===---------------------------------------------------------------------===//
1740
1741 Missed instcombine/dagcombine transformation:
1742 define void @lshift_lt(i8 zeroext %a) nounwind {
1743 entry:
1744   %conv = zext i8 %a to i32
1745   %shl = shl i32 %conv, 3
1746   %cmp = icmp ult i32 %shl, 33
1747   br i1 %cmp, label %if.then, label %if.end
1748
1749 if.then:
1750   tail call void @bar() nounwind
1751   ret void
1752
1753 if.end:
1754   ret void
1755 }
1756 declare void @bar() nounwind
1757
1758 The shift should be eliminated.  Testcase derived from gcc.
1759
1760 //===---------------------------------------------------------------------===//
1761
1762 These compile into different code, one gets recognized as a switch and the
1763 other doesn't due to phase ordering issues (PR6212):
1764
1765 int test1(int mainType, int subType) {
1766   if (mainType == 7)
1767     subType = 4;
1768   else if (mainType == 9)
1769     subType = 6;
1770   else if (mainType == 11)
1771     subType = 9;
1772   return subType;
1773 }
1774
1775 int test2(int mainType, int subType) {
1776   if (mainType == 7)
1777     subType = 4;
1778   if (mainType == 9)
1779     subType = 6;
1780   if (mainType == 11)
1781     subType = 9;
1782   return subType;
1783 }
1784
1785 //===---------------------------------------------------------------------===//
1786
1787 The following test case (from PR6576):
1788
1789 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1790 entry:
1791  %cond1 = icmp eq i32 %b, 0                      ; <i1> [#uses=1]
1792  br i1 %cond1, label %exit, label %bb.nph
1793 bb.nph:                                           ; preds = %entry
1794  %tmp = mul i32 %b, %a                           ; <i32> [#uses=1]
1795  ret i32 %tmp
1796 exit:                                             ; preds = %entry
1797  ret i32 0
1798 }
1799
1800 could be reduced to:
1801
1802 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1803 entry:
1804  %tmp = mul i32 %b, %a
1805  ret i32 %tmp
1806 }
1807
1808 //===---------------------------------------------------------------------===//
1809
1810 We should use DSE + llvm.lifetime.end to delete dead vtable pointer updates.
1811 See GCC PR34949
1812
1813 Another interesting case is that something related could be used for variables
1814 that go const after their ctor has finished.  In these cases, globalopt (which
1815 can statically run the constructor) could mark the global const (so it gets put
1816 in the readonly section).  A testcase would be:
1817
1818 #include <complex>
1819 using namespace std;
1820 const complex<char> should_be_in_rodata (42,-42);
1821 complex<char> should_be_in_data (42,-42);
1822 complex<char> should_be_in_bss;
1823
1824 Where we currently evaluate the ctors but the globals don't become const because
1825 the optimizer doesn't know they "become const" after the ctor is done.  See
1826 GCC PR4131 for more examples.
1827
1828 //===---------------------------------------------------------------------===//
1829
1830 In this code:
1831
1832 long foo(long x) {
1833   return x > 1 ? x : 1;
1834 }
1835
1836 LLVM emits a comparison with 1 instead of 0. 0 would be equivalent
1837 and cheaper on most targets.
1838
1839 LLVM prefers comparisons with zero over non-zero in general, but in this
1840 case it choses instead to keep the max operation obvious.
1841
1842 //===---------------------------------------------------------------------===//
1843
1844 Take the following testcase on x86-64 (similar testcases exist for all targets
1845 with addc/adde):
1846
1847 define void @a(i64* nocapture %s, i64* nocapture %t, i64 %a, i64 %b,
1848 i64 %c) nounwind {
1849 entry:
1850  %0 = zext i64 %a to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1851  %1 = zext i64 %b to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1852  %2 = add i128 %1, %0                            ; <i128> [#uses=2]
1853  %3 = zext i64 %c to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1854  %4 = shl i128 %3, 64                            ; <i128> [#uses=1]
1855  %5 = add i128 %4, %2                            ; <i128> [#uses=1]
1856  %6 = lshr i128 %5, 64                           ; <i128> [#uses=1]
1857  %7 = trunc i128 %6 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1858  store i64 %7, i64* %s, align 8
1859  %8 = trunc i128 %2 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1860  store i64 %8, i64* %t, align 8
1861  ret void
1862 }
1863
1864 Generated code:
1865        addq    %rcx, %rdx
1866        movl    $0, %eax
1867        adcq    $0, %rax
1868        addq    %r8, %rax
1869        movq    %rax, (%rdi)
1870        movq    %rdx, (%rsi)
1871        ret
1872
1873 Expected code:
1874        addq    %rcx, %rdx
1875        adcq    $0, %r8
1876        movq    %r8, (%rdi)
1877        movq    %rdx, (%rsi)
1878        ret
1879
1880 The generated SelectionDAG has an ADD of an ADDE, where both operands of the
1881 ADDE are zero. Replacing one of the operands of the ADDE with the other operand
1882 of the ADD, and replacing the ADD with the ADDE, should give the desired result.
1883
1884 (That said, we are doing a lot better than gcc on this testcase. :) )
1885
1886 //===---------------------------------------------------------------------===//
1887
1888 Switch lowering generates less than ideal code for the following switch:
1889 define void @a(i32 %x) nounwind {
1890 entry:
1891   switch i32 %x, label %if.end [
1892     i32 0, label %if.then
1893     i32 1, label %if.then
1894     i32 2, label %if.then
1895     i32 3, label %if.then
1896     i32 5, label %if.then
1897   ]
1898 if.then:
1899   tail call void @foo() nounwind
1900   ret void
1901 if.end:
1902   ret void
1903 }
1904 declare void @foo()
1905
1906 Generated code on x86-64 (other platforms give similar results):
1907 a:
1908         cmpl    $5, %edi
1909         ja      .LBB0_2
1910         movl    %edi, %eax
1911         movl    $47, %ecx
1912         btq     %rax, %rcx
1913         jb      .LBB0_3
1914 .LBB0_2:
1915         ret
1916 .LBB0_3:
1917         jmp     foo  # TAILCALL
1918
1919 The movl+movl+btq+jb could be simplified to a cmpl+jne.
1920
1921 Or, if we wanted to be really clever, we could simplify the whole thing to
1922 something like the following, which eliminates a branch:
1923         xorl    $1, %edi
1924         cmpl    $4, %edi
1925         ja      .LBB0_2
1926         ret
1927 .LBB0_2:
1928         jmp     foo  # TAILCALL
1929 //===---------------------------------------------------------------------===//
1930 Given a branch where the two target blocks are identical ("ret i32 %b" in
1931 both), simplifycfg will simplify them away. But not so for a switch statement:
1932
1933 define i32 @f(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1934 entry:
1935         switch i32 %a, label %bb3 [
1936                 i32 4, label %bb
1937                 i32 6, label %bb
1938         ]
1939
1940 bb:             ; preds = %entry, %entry
1941         ret i32 %b
1942
1943 bb3:            ; preds = %entry
1944         ret i32 %b
1945 }
1946 //===---------------------------------------------------------------------===//
1947
1948 clang -O3 fails to devirtualize this virtual inheritance case: (GCC PR45875)
1949 Looks related to PR3100
1950
1951 struct c1 {};
1952 struct c10 : c1{
1953   virtual void foo ();
1954 };
1955 struct c11 : c10, c1{
1956   virtual void f6 ();
1957 };
1958 struct c28 : virtual c11{
1959   void f6 ();
1960 };
1961 void check_c28 () {
1962   c28 obj;
1963   c11 *ptr = &obj;
1964   ptr->f6 ();
1965 }
1966
1967 //===---------------------------------------------------------------------===//
1968
1969 We compile this:
1970
1971 int foo(int a) { return (a & (~15)) / 16; }
1972
1973 Into:
1974
1975 define i32 @foo(i32 %a) nounwind readnone ssp {
1976 entry:
1977   %and = and i32 %a, -16
1978   %div = sdiv i32 %and, 16
1979   ret i32 %div
1980 }
1981
1982 but this code (X & -A)/A is X >> log2(A) when A is a power of 2, so this case
1983 should be instcombined into just "a >> 4".
1984
1985 We do get this at the codegen level, so something knows about it, but 
1986 instcombine should catch it earlier:
1987
1988 _foo:                                   ## @foo
1989 ## BB#0:                                ## %entry
1990         movl    %edi, %eax
1991         sarl    $4, %eax
1992         ret
1993
1994 //===---------------------------------------------------------------------===//
1995