Add another note about a missed compare with nsw arithmetic instcombine.
[oota-llvm.git] / lib / Target / README.txt
1 Target Independent Opportunities:
2
3 //===---------------------------------------------------------------------===//
4
5 With the recent changes to make the implicit def/use set explicit in
6 machineinstrs, we should change the target descriptions for 'call' instructions
7 so that the .td files don't list all the call-clobbered registers as implicit
8 defs.  Instead, these should be added by the code generator (e.g. on the dag).
9
10 This has a number of uses:
11
12 1. PPC32/64 and X86 32/64 can avoid having multiple copies of call instructions
13    for their different impdef sets.
14 2. Targets with multiple calling convs (e.g. x86) which have different clobber
15    sets don't need copies of call instructions.
16 3. 'Interprocedural register allocation' can be done to reduce the clobber sets
17    of calls.
18
19 //===---------------------------------------------------------------------===//
20
21 We should recognized various "overflow detection" idioms and translate them into
22 llvm.uadd.with.overflow and similar intrinsics.  Here is a multiply idiom:
23
24 unsigned int mul(unsigned int a,unsigned int b) {
25  if ((unsigned long long)a*b>0xffffffff)
26    exit(0);
27   return a*b;
28 }
29
30 The legalization code for mul-with-overflow needs to be made more robust before
31 this can be implemented though.
32
33 //===---------------------------------------------------------------------===//
34
35 Get the C front-end to expand hypot(x,y) -> llvm.sqrt(x*x+y*y) when errno and
36 precision don't matter (ffastmath).  Misc/mandel will like this. :)  This isn't
37 safe in general, even on darwin.  See the libm implementation of hypot for
38 examples (which special case when x/y are exactly zero to get signed zeros etc
39 right).
40
41 //===---------------------------------------------------------------------===//
42
43 On targets with expensive 64-bit multiply, we could LSR this:
44
45 for (i = ...; ++i) {
46    x = 1ULL << i;
47
48 into:
49  long long tmp = 1;
50  for (i = ...; ++i, tmp+=tmp)
51    x = tmp;
52
53 This would be a win on ppc32, but not x86 or ppc64.
54
55 //===---------------------------------------------------------------------===//
56
57 Shrink: (setlt (loadi32 P), 0) -> (setlt (loadi8 Phi), 0)
58
59 //===---------------------------------------------------------------------===//
60
61 Reassociate should turn things like:
62
63 int factorial(int X) {
64  return X*X*X*X*X*X*X*X;
65 }
66
67 into llvm.powi calls, allowing the code generator to produce balanced
68 multiplication trees.
69
70 First, the intrinsic needs to be extended to support integers, and second the
71 code generator needs to be enhanced to lower these to multiplication trees.
72
73 //===---------------------------------------------------------------------===//
74
75 Interesting? testcase for add/shift/mul reassoc:
76
77 int bar(int x, int y) {
78   return x*x*x+y+x*x*x*x*x*y*y*y*y;
79 }
80 int foo(int z, int n) {
81   return bar(z, n) + bar(2*z, 2*n);
82 }
83
84 This is blocked on not handling X*X*X -> powi(X, 3) (see note above).  The issue
85 is that we end up getting t = 2*X  s = t*t   and don't turn this into 4*X*X,
86 which is the same number of multiplies and is canonical, because the 2*X has
87 multiple uses.  Here's a simple example:
88
89 define i32 @test15(i32 %X1) {
90   %B = mul i32 %X1, 47   ; X1*47
91   %C = mul i32 %B, %B
92   ret i32 %C
93 }
94
95
96 //===---------------------------------------------------------------------===//
97
98 Reassociate should handle the example in GCC PR16157:
99
100 extern int a0, a1, a2, a3, a4; extern int b0, b1, b2, b3, b4; 
101 void f () {  /* this can be optimized to four additions... */ 
102         b4 = a4 + a3 + a2 + a1 + a0; 
103         b3 = a3 + a2 + a1 + a0; 
104         b2 = a2 + a1 + a0; 
105         b1 = a1 + a0; 
106
107
108 This requires reassociating to forms of expressions that are already available,
109 something that reassoc doesn't think about yet.
110
111
112 //===---------------------------------------------------------------------===//
113
114 This function: (derived from GCC PR19988)
115 double foo(double x, double y) {
116   return ((x + 0.1234 * y) * (x + -0.1234 * y));
117 }
118
119 compiles to:
120 _foo:
121         movapd  %xmm1, %xmm2
122         mulsd   LCPI1_1(%rip), %xmm1
123         mulsd   LCPI1_0(%rip), %xmm2
124         addsd   %xmm0, %xmm1
125         addsd   %xmm0, %xmm2
126         movapd  %xmm1, %xmm0
127         mulsd   %xmm2, %xmm0
128         ret
129
130 Reassociate should be able to turn it into:
131
132 double foo(double x, double y) {
133   return ((x + 0.1234 * y) * (x - 0.1234 * y));
134 }
135
136 Which allows the multiply by constant to be CSE'd, producing:
137
138 _foo:
139         mulsd   LCPI1_0(%rip), %xmm1
140         movapd  %xmm1, %xmm2
141         addsd   %xmm0, %xmm2
142         subsd   %xmm1, %xmm0
143         mulsd   %xmm2, %xmm0
144         ret
145
146 This doesn't need -ffast-math support at all.  This is particularly bad because
147 the llvm-gcc frontend is canonicalizing the later into the former, but clang
148 doesn't have this problem.
149
150 //===---------------------------------------------------------------------===//
151
152 These two functions should generate the same code on big-endian systems:
153
154 int g(int *j,int *l)  {  return memcmp(j,l,4);  }
155 int h(int *j, int *l) {  return *j - *l; }
156
157 this could be done in SelectionDAGISel.cpp, along with other special cases,
158 for 1,2,4,8 bytes.
159
160 //===---------------------------------------------------------------------===//
161
162 It would be nice to revert this patch:
163 http://lists.cs.uiuc.edu/pipermail/llvm-commits/Week-of-Mon-20060213/031986.html
164
165 And teach the dag combiner enough to simplify the code expanded before 
166 legalize.  It seems plausible that this knowledge would let it simplify other
167 stuff too.
168
169 //===---------------------------------------------------------------------===//
170
171 For vector types, TargetData.cpp::getTypeInfo() returns alignment that is equal
172 to the type size. It works but can be overly conservative as the alignment of
173 specific vector types are target dependent.
174
175 //===---------------------------------------------------------------------===//
176
177 We should produce an unaligned load from code like this:
178
179 v4sf example(float *P) {
180   return (v4sf){P[0], P[1], P[2], P[3] };
181 }
182
183 //===---------------------------------------------------------------------===//
184
185 Add support for conditional increments, and other related patterns.  Instead
186 of:
187
188         movl 136(%esp), %eax
189         cmpl $0, %eax
190         je LBB16_2      #cond_next
191 LBB16_1:        #cond_true
192         incl _foo
193 LBB16_2:        #cond_next
194
195 emit:
196         movl    _foo, %eax
197         cmpl    $1, %edi
198         sbbl    $-1, %eax
199         movl    %eax, _foo
200
201 //===---------------------------------------------------------------------===//
202
203 Combine: a = sin(x), b = cos(x) into a,b = sincos(x).
204
205 Expand these to calls of sin/cos and stores:
206       double sincos(double x, double *sin, double *cos);
207       float sincosf(float x, float *sin, float *cos);
208       long double sincosl(long double x, long double *sin, long double *cos);
209
210 Doing so could allow SROA of the destination pointers.  See also:
211 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=17687
212
213 This is now easily doable with MRVs.  We could even make an intrinsic for this
214 if anyone cared enough about sincos.
215
216 //===---------------------------------------------------------------------===//
217
218 quantum_sigma_x in 462.libquantum contains the following loop:
219
220       for(i=0; i<reg->size; i++)
221         {
222           /* Flip the target bit of each basis state */
223           reg->node[i].state ^= ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
224         } 
225
226 Where MAX_UNSIGNED/state is a 64-bit int.  On a 32-bit platform it would be just
227 so cool to turn it into something like:
228
229    long long Res = ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
230    if (target < 32) {
231      for(i=0; i<reg->size; i++)
232        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFFULL;
233    } else {
234      for(i=0; i<reg->size; i++)
235        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFF00000000ULL
236    }
237    
238 ... which would only do one 32-bit XOR per loop iteration instead of two.
239
240 It would also be nice to recognize the reg->size doesn't alias reg->node[i], but
241 this requires TBAA.
242
243 //===---------------------------------------------------------------------===//
244
245 This isn't recognized as bswap by instcombine (yes, it really is bswap):
246
247 unsigned long reverse(unsigned v) {
248     unsigned t;
249     t = v ^ ((v << 16) | (v >> 16));
250     t &= ~0xff0000;
251     v = (v << 24) | (v >> 8);
252     return v ^ (t >> 8);
253 }
254
255 //===---------------------------------------------------------------------===//
256
257 [LOOP DELETION]
258
259 We don't delete this output free loop, because trip count analysis doesn't
260 realize that it is finite (if it were infinite, it would be undefined).  Not
261 having this blocks Loop Idiom from matching strlen and friends.  
262
263 void foo(char *C) {
264   int x = 0;
265   while (*C)
266     ++x,++C;
267 }
268
269 //===---------------------------------------------------------------------===//
270
271 [LOOP RECOGNITION]
272
273 These idioms should be recognized as popcount (see PR1488):
274
275 unsigned countbits_slow(unsigned v) {
276   unsigned c;
277   for (c = 0; v; v >>= 1)
278     c += v & 1;
279   return c;
280 }
281 unsigned countbits_fast(unsigned v){
282   unsigned c;
283   for (c = 0; v; c++)
284     v &= v - 1; // clear the least significant bit set
285   return c;
286 }
287
288 BITBOARD = unsigned long long
289 int PopCnt(register BITBOARD a) {
290   register int c=0;
291   while(a) {
292     c++;
293     a &= a - 1;
294   }
295   return c;
296 }
297 unsigned int popcount(unsigned int input) {
298   unsigned int count = 0;
299   for (unsigned int i =  0; i < 4 * 8; i++)
300     count += (input >> i) & i;
301   return count;
302 }
303
304 This should be recognized as CLZ:  rdar://8459039
305
306 unsigned clz_a(unsigned a) {
307   int i;
308   for (i=0;i<32;i++)
309     if (a & (1<<(31-i)))
310       return i;
311   return 32;
312 }
313
314 This sort of thing should be added to the loop idiom pass.
315
316 //===---------------------------------------------------------------------===//
317
318 These should turn into single 16-bit (unaligned?) loads on little/big endian
319 processors.
320
321 unsigned short read_16_le(const unsigned char *adr) {
322   return adr[0] | (adr[1] << 8);
323 }
324 unsigned short read_16_be(const unsigned char *adr) {
325   return (adr[0] << 8) | adr[1];
326 }
327
328 //===---------------------------------------------------------------------===//
329
330 -instcombine should handle this transform:
331    icmp pred (sdiv X / C1 ), C2
332 when X, C1, and C2 are unsigned.  Similarly for udiv and signed operands. 
333
334 Currently InstCombine avoids this transform but will do it when the signs of
335 the operands and the sign of the divide match. See the FIXME in 
336 InstructionCombining.cpp in the visitSetCondInst method after the switch case 
337 for Instruction::UDiv (around line 4447) for more details.
338
339 The SingleSource/Benchmarks/Shootout-C++/hash and hash2 tests have examples of
340 this construct. 
341
342 //===---------------------------------------------------------------------===//
343
344 [LOOP OPTIMIZATION]
345
346 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c shows several interesting optimization
347 opportunities in its double_array_divs_variable function: it needs loop
348 interchange, memory promotion (which LICM already does), vectorization and
349 variable trip count loop unrolling (since it has a constant trip count). ICC
350 apparently produces this very nice code with -ffast-math:
351
352 ..B1.70:                        # Preds ..B1.70 ..B1.69
353        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
354        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
355        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
356        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
357        addl      $8, %edx                                      #
358        cmpl      $131072, %edx                                 #108.2
359        jb        ..B1.70       # Prob 99%                      #108.2
360
361 It would be better to count down to zero, but this is a lot better than what we
362 do.
363
364 //===---------------------------------------------------------------------===//
365
366 Consider:
367
368 typedef unsigned U32;
369 typedef unsigned long long U64;
370 int test (U32 *inst, U64 *regs) {
371     U64 effective_addr2;
372     U32 temp = *inst;
373     int r1 = (temp >> 20) & 0xf;
374     int b2 = (temp >> 16) & 0xf;
375     effective_addr2 = temp & 0xfff;
376     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
377     b2 = (temp >> 12) & 0xf;
378     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
379     effective_addr2 &= regs[4];
380      if ((effective_addr2 & 3) == 0)
381         return 1;
382     return 0;
383 }
384
385 Note that only the low 2 bits of effective_addr2 are used.  On 32-bit systems,
386 we don't eliminate the computation of the top half of effective_addr2 because
387 we don't have whole-function selection dags.  On x86, this means we use one
388 extra register for the function when effective_addr2 is declared as U64 than
389 when it is declared U32.
390
391 PHI Slicing could be extended to do this.
392
393 //===---------------------------------------------------------------------===//
394
395 Tail call elim should be more aggressive, checking to see if the call is
396 followed by an uncond branch to an exit block.
397
398 ; This testcase is due to tail-duplication not wanting to copy the return
399 ; instruction into the terminating blocks because there was other code
400 ; optimized out of the function after the taildup happened.
401 ; RUN: llvm-as < %s | opt -tailcallelim | llvm-dis | not grep call
402
403 define i32 @t4(i32 %a) {
404 entry:
405         %tmp.1 = and i32 %a, 1          ; <i32> [#uses=1]
406         %tmp.2 = icmp ne i32 %tmp.1, 0          ; <i1> [#uses=1]
407         br i1 %tmp.2, label %then.0, label %else.0
408
409 then.0:         ; preds = %entry
410         %tmp.5 = add i32 %a, -1         ; <i32> [#uses=1]
411         %tmp.3 = call i32 @t4( i32 %tmp.5 )             ; <i32> [#uses=1]
412         br label %return
413
414 else.0:         ; preds = %entry
415         %tmp.7 = icmp ne i32 %a, 0              ; <i1> [#uses=1]
416         br i1 %tmp.7, label %then.1, label %return
417
418 then.1:         ; preds = %else.0
419         %tmp.11 = add i32 %a, -2                ; <i32> [#uses=1]
420         %tmp.9 = call i32 @t4( i32 %tmp.11 )            ; <i32> [#uses=1]
421         br label %return
422
423 return:         ; preds = %then.1, %else.0, %then.0
424         %result.0 = phi i32 [ 0, %else.0 ], [ %tmp.3, %then.0 ],
425                             [ %tmp.9, %then.1 ]
426         ret i32 %result.0
427 }
428
429 //===---------------------------------------------------------------------===//
430
431 Tail recursion elimination should handle:
432
433 int pow2m1(int n) {
434  if (n == 0)
435    return 0;
436  return 2 * pow2m1 (n - 1) + 1;
437 }
438
439 Also, multiplies can be turned into SHL's, so they should be handled as if
440 they were associative.  "return foo() << 1" can be tail recursion eliminated.
441
442 //===---------------------------------------------------------------------===//
443
444 Argument promotion should promote arguments for recursive functions, like 
445 this:
446
447 ; RUN: llvm-as < %s | opt -argpromotion | llvm-dis | grep x.val
448
449 define internal i32 @foo(i32* %x) {
450 entry:
451         %tmp = load i32* %x             ; <i32> [#uses=0]
452         %tmp.foo = call i32 @foo( i32* %x )             ; <i32> [#uses=1]
453         ret i32 %tmp.foo
454 }
455
456 define i32 @bar(i32* %x) {
457 entry:
458         %tmp3 = call i32 @foo( i32* %x )                ; <i32> [#uses=1]
459         ret i32 %tmp3
460 }
461
462 //===---------------------------------------------------------------------===//
463
464 We should investigate an instruction sinking pass.  Consider this silly
465 example in pic mode:
466
467 #include <assert.h>
468 void foo(int x) {
469   assert(x);
470   //...
471 }
472
473 we compile this to:
474 _foo:
475         subl    $28, %esp
476         call    "L1$pb"
477 "L1$pb":
478         popl    %eax
479         cmpl    $0, 32(%esp)
480         je      LBB1_2  # cond_true
481 LBB1_1: # return
482         # ...
483         addl    $28, %esp
484         ret
485 LBB1_2: # cond_true
486 ...
487
488 The PIC base computation (call+popl) is only used on one path through the 
489 code, but is currently always computed in the entry block.  It would be 
490 better to sink the picbase computation down into the block for the 
491 assertion, as it is the only one that uses it.  This happens for a lot of 
492 code with early outs.
493
494 Another example is loads of arguments, which are usually emitted into the 
495 entry block on targets like x86.  If not used in all paths through a 
496 function, they should be sunk into the ones that do.
497
498 In this case, whole-function-isel would also handle this.
499
500 //===---------------------------------------------------------------------===//
501
502 Investigate lowering of sparse switch statements into perfect hash tables:
503 http://burtleburtle.net/bob/hash/perfect.html
504
505 //===---------------------------------------------------------------------===//
506
507 We should turn things like "load+fabs+store" and "load+fneg+store" into the
508 corresponding integer operations.  On a yonah, this loop:
509
510 double a[256];
511 void foo() {
512   int i, b;
513   for (b = 0; b < 10000000; b++)
514   for (i = 0; i < 256; i++)
515     a[i] = -a[i];
516 }
517
518 is twice as slow as this loop:
519
520 long long a[256];
521 void foo() {
522   int i, b;
523   for (b = 0; b < 10000000; b++)
524   for (i = 0; i < 256; i++)
525     a[i] ^= (1ULL << 63);
526 }
527
528 and I suspect other processors are similar.  On X86 in particular this is a
529 big win because doing this with integers allows the use of read/modify/write
530 instructions.
531
532 //===---------------------------------------------------------------------===//
533
534 DAG Combiner should try to combine small loads into larger loads when 
535 profitable.  For example, we compile this C++ example:
536
537 struct THotKey { short Key; bool Control; bool Shift; bool Alt; };
538 extern THotKey m_HotKey;
539 THotKey GetHotKey () { return m_HotKey; }
540
541 into (-m64 -O3 -fno-exceptions -static -fomit-frame-pointer):
542
543 __Z9GetHotKeyv:                         ## @_Z9GetHotKeyv
544         movq    _m_HotKey@GOTPCREL(%rip), %rax
545         movzwl  (%rax), %ecx
546         movzbl  2(%rax), %edx
547         shlq    $16, %rdx
548         orq     %rcx, %rdx
549         movzbl  3(%rax), %ecx
550         shlq    $24, %rcx
551         orq     %rdx, %rcx
552         movzbl  4(%rax), %eax
553         shlq    $32, %rax
554         orq     %rcx, %rax
555         ret
556
557 //===---------------------------------------------------------------------===//
558
559 We should add an FRINT node to the DAG to model targets that have legal
560 implementations of ceil/floor/rint.
561
562 //===---------------------------------------------------------------------===//
563
564 Consider:
565
566 int test() {
567   long long input[8] = {1,0,1,0,1,0,1,0};
568   foo(input);
569 }
570
571 Clang compiles this into:
572
573   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %tmp, i8 0, i64 64, i32 16, i1 false)
574   %0 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 0
575   store i64 1, i64* %0, align 16
576   %1 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 2
577   store i64 1, i64* %1, align 16
578   %2 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 4
579   store i64 1, i64* %2, align 16
580   %3 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 6
581   store i64 1, i64* %3, align 16
582
583 Which gets codegen'd into:
584
585         pxor    %xmm0, %xmm0
586         movaps  %xmm0, -16(%rbp)
587         movaps  %xmm0, -32(%rbp)
588         movaps  %xmm0, -48(%rbp)
589         movaps  %xmm0, -64(%rbp)
590         movq    $1, -64(%rbp)
591         movq    $1, -48(%rbp)
592         movq    $1, -32(%rbp)
593         movq    $1, -16(%rbp)
594
595 It would be better to have 4 movq's of 0 instead of the movaps's.
596
597 //===---------------------------------------------------------------------===//
598
599 http://llvm.org/PR717:
600
601 The following code should compile into "ret int undef". Instead, LLVM
602 produces "ret int 0":
603
604 int f() {
605   int x = 4;
606   int y;
607   if (x == 3) y = 0;
608   return y;
609 }
610
611 //===---------------------------------------------------------------------===//
612
613 The loop unroller should partially unroll loops (instead of peeling them)
614 when code growth isn't too bad and when an unroll count allows simplification
615 of some code within the loop.  One trivial example is:
616
617 #include <stdio.h>
618 int main() {
619     int nRet = 17;
620     int nLoop;
621     for ( nLoop = 0; nLoop < 1000; nLoop++ ) {
622         if ( nLoop & 1 )
623             nRet += 2;
624         else
625             nRet -= 1;
626     }
627     return nRet;
628 }
629
630 Unrolling by 2 would eliminate the '&1' in both copies, leading to a net
631 reduction in code size.  The resultant code would then also be suitable for
632 exit value computation.
633
634 //===---------------------------------------------------------------------===//
635
636 We miss a bunch of rotate opportunities on various targets, including ppc, x86,
637 etc.  On X86, we miss a bunch of 'rotate by variable' cases because the rotate
638 matching code in dag combine doesn't look through truncates aggressively 
639 enough.  Here are some testcases reduces from GCC PR17886:
640
641 unsigned long long f5(unsigned long long x, unsigned long long y) {
642   return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
643 }
644 unsigned long long f6(unsigned long long x, unsigned long long y, int z) {
645   switch(z) {
646   case 1:
647     return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
648   case 2:
649     return (x << 16) | ((y >> 40) & 0xffffull);
650   case 3:
651     return (x << 24) | ((y >> 32) & 0xffffffull);
652   case 4:
653     return (x << 32) | ((y >> 24) & 0xffffffffull);
654   default:
655     return (x << 40) | ((y >> 16) & 0xffffffffffull);
656   }
657 }
658
659 //===---------------------------------------------------------------------===//
660
661 This (and similar related idioms):
662
663 unsigned int foo(unsigned char i) {
664   return i | (i<<8) | (i<<16) | (i<<24);
665
666
667 compiles into:
668
669 define i32 @foo(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
670 entry:
671   %conv = zext i8 %i to i32
672   %shl = shl i32 %conv, 8
673   %shl5 = shl i32 %conv, 16
674   %shl9 = shl i32 %conv, 24
675   %or = or i32 %shl9, %conv
676   %or6 = or i32 %or, %shl5
677   %or10 = or i32 %or6, %shl
678   ret i32 %or10
679 }
680
681 it would be better as:
682
683 unsigned int bar(unsigned char i) {
684   unsigned int j=i | (i << 8); 
685   return j | (j<<16);
686 }
687
688 aka:
689
690 define i32 @bar(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
691 entry:
692   %conv = zext i8 %i to i32
693   %shl = shl i32 %conv, 8
694   %or = or i32 %shl, %conv
695   %shl5 = shl i32 %or, 16
696   %or6 = or i32 %shl5, %or
697   ret i32 %or6
698 }
699
700 or even i*0x01010101, depending on the speed of the multiplier.  The best way to
701 handle this is to canonicalize it to a multiply in IR and have codegen handle
702 lowering multiplies to shifts on cpus where shifts are faster.
703
704 //===---------------------------------------------------------------------===//
705
706 We do a number of simplifications in simplify libcalls to strength reduce
707 standard library functions, but we don't currently merge them together.  For
708 example, it is useful to merge memcpy(a,b,strlen(b)) -> strcpy.  This can only
709 be done safely if "b" isn't modified between the strlen and memcpy of course.
710
711 //===---------------------------------------------------------------------===//
712
713 We compile this program: (from GCC PR11680)
714 http://gcc.gnu.org/bugzilla/attachment.cgi?id=4487
715
716 Into code that runs the same speed in fast/slow modes, but both modes run 2x
717 slower than when compile with GCC (either 4.0 or 4.2):
718
719 $ llvm-g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
720 $ time ./a.out fast
721 1.821u 0.003s 0:01.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
722
723 $ g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
724 $ time ./a.out fast
725 0.821u 0.001s 0:00.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
726
727 It looks like we are making the same inlining decisions, so this may be raw
728 codegen badness or something else (haven't investigated).
729
730 //===---------------------------------------------------------------------===//
731
732 Divisibility by constant can be simplified (according to GCC PR12849) from
733 being a mulhi to being a mul lo (cheaper).  Testcase:
734
735 void bar(unsigned n) {
736   if (n % 3 == 0)
737     true();
738 }
739
740 This is equivalent to the following, where 2863311531 is the multiplicative
741 inverse of 3, and 1431655766 is ((2^32)-1)/3+1:
742 void bar(unsigned n) {
743   if (n * 2863311531U < 1431655766U)
744     true();
745 }
746
747 The same transformation can work with an even modulo with the addition of a
748 rotate: rotate the result of the multiply to the right by the number of bits
749 which need to be zero for the condition to be true, and shrink the compare RHS
750 by the same amount.  Unless the target supports rotates, though, that
751 transformation probably isn't worthwhile.
752
753 The transformation can also easily be made to work with non-zero equality
754 comparisons: just transform, for example, "n % 3 == 1" to "(n-1) % 3 == 0".
755
756 //===---------------------------------------------------------------------===//
757
758 Better mod/ref analysis for scanf would allow us to eliminate the vtable and a
759 bunch of other stuff from this example (see PR1604): 
760
761 #include <cstdio>
762 struct test {
763     int val;
764     virtual ~test() {}
765 };
766
767 int main() {
768     test t;
769     std::scanf("%d", &t.val);
770     std::printf("%d\n", t.val);
771 }
772
773 //===---------------------------------------------------------------------===//
774
775 These functions perform the same computation, but produce different assembly.
776
777 define i8 @select(i8 %x) readnone nounwind {
778   %A = icmp ult i8 %x, 250
779   %B = select i1 %A, i8 0, i8 1
780   ret i8 %B 
781 }
782
783 define i8 @addshr(i8 %x) readnone nounwind {
784   %A = zext i8 %x to i9
785   %B = add i9 %A, 6       ;; 256 - 250 == 6
786   %C = lshr i9 %B, 8
787   %D = trunc i9 %C to i8
788   ret i8 %D
789 }
790
791 //===---------------------------------------------------------------------===//
792
793 From gcc bug 24696:
794 int
795 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
796 {
797   return ((a & (c - 1)) != 0) || ((b & (c - 1)) != 0);
798 }
799 int
800 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
801 {
802   return ((a & (c - 1)) != 0) | ((b & (c - 1)) != 0);
803 }
804 Both should combine to ((a|b) & (c-1)) != 0.  Currently not optimized with
805 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
806
807 //===---------------------------------------------------------------------===//
808
809 From GCC Bug 20192:
810 #define PMD_MASK    (~((1UL << 23) - 1))
811 void clear_pmd_range(unsigned long start, unsigned long end)
812 {
813    if (!(start & ~PMD_MASK) && !(end & ~PMD_MASK))
814        f();
815 }
816 The expression should optimize to something like
817 "!((start|end)&~PMD_MASK). Currently not optimized with "clang
818 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
819
820 //===---------------------------------------------------------------------===//
821
822 unsigned int f(unsigned int i, unsigned int n) {++i; if (i == n) ++i; return
823 i;}
824 unsigned int f2(unsigned int i, unsigned int n) {++i; i += i == n; return i;}
825 These should combine to the same thing.  Currently, the first function
826 produces better code on X86.
827
828 //===---------------------------------------------------------------------===//
829
830 From GCC Bug 15784:
831 #define abs(x) x>0?x:-x
832 int f(int x, int y)
833 {
834  return (abs(x)) >= 0;
835 }
836 This should optimize to x == INT_MIN. (With -fwrapv.)  Currently not
837 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
838
839 //===---------------------------------------------------------------------===//
840
841 From GCC Bug 14753:
842 void
843 rotate_cst (unsigned int a)
844 {
845  a = (a << 10) | (a >> 22);
846  if (a == 123)
847    bar ();
848 }
849 void
850 minus_cst (unsigned int a)
851 {
852  unsigned int tem;
853
854  tem = 20 - a;
855  if (tem == 5)
856    bar ();
857 }
858 void
859 mask_gt (unsigned int a)
860 {
861  /* This is equivalent to a > 15.  */
862  if ((a & ~7) > 8)
863    bar ();
864 }
865 void
866 rshift_gt (unsigned int a)
867 {
868  /* This is equivalent to a > 23.  */
869  if ((a >> 2) > 5)
870    bar ();
871 }
872
873 All should simplify to a single comparison.  All of these are
874 currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt
875 -std-compile-opts".
876
877 //===---------------------------------------------------------------------===//
878
879 From GCC Bug 32605:
880 int c(int* x) {return (char*)x+2 == (char*)x;}
881 Should combine to 0.  Currently not optimized with "clang
882 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts" (although llc can optimize it).
883
884 //===---------------------------------------------------------------------===//
885
886 int a(unsigned b) {return ((b << 31) | (b << 30)) >> 31;}
887 Should be combined to  "((b >> 1) | b) & 1".  Currently not optimized
888 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
889
890 //===---------------------------------------------------------------------===//
891
892 unsigned a(unsigned x, unsigned y) { return x | (y & 1) | (y & 2);}
893 Should combine to "x | (y & 3)".  Currently not optimized with "clang
894 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
895
896 //===---------------------------------------------------------------------===//
897
898 int a(int a, int b, int c) {return (~a & c) | ((c|a) & b);}
899 Should fold to "(~a & c) | (a & b)".  Currently not optimized with
900 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
901
902 //===---------------------------------------------------------------------===//
903
904 int a(int a,int b) {return (~(a|b))|a;}
905 Should fold to "a|~b".  Currently not optimized with "clang
906 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
907
908 //===---------------------------------------------------------------------===//
909
910 int a(int a, int b) {return (a&&b) || (a&&!b);}
911 Should fold to "a".  Currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc
912 | opt -std-compile-opts".
913
914 //===---------------------------------------------------------------------===//
915
916 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (!a&&c);}
917 Should fold to "a ? b : c", or at least something sane.  Currently not
918 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
919
920 //===---------------------------------------------------------------------===//
921
922 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (a&&c) || (a&&b&&c);}
923 Should fold to a && (b || c).  Currently not optimized with "clang
924 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
925
926 //===---------------------------------------------------------------------===//
927
928 int a(int x) {return x | ((x & 8) ^ 8);}
929 Should combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
930 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
931
932 //===---------------------------------------------------------------------===//
933
934 int a(int x) {return x ^ ((x & 8) ^ 8);}
935 Should also combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
936 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
937
938 //===---------------------------------------------------------------------===//
939
940 int a(int x) {return ((x | -9) ^ 8) & x;}
941 Should combine to x & -9.  Currently not optimized with "clang
942 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
943
944 //===---------------------------------------------------------------------===//
945
946 unsigned a(unsigned a) {return a * 0x11111111 >> 28 & 1;}
947 Should combine to "a * 0x88888888 >> 31".  Currently not optimized
948 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
949
950 //===---------------------------------------------------------------------===//
951
952 unsigned a(char* x) {if ((*x & 32) == 0) return b();}
953 There's an unnecessary zext in the generated code with "clang
954 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
955
956 //===---------------------------------------------------------------------===//
957
958 unsigned a(unsigned long long x) {return 40 * (x >> 1);}
959 Should combine to "20 * (((unsigned)x) & -2)".  Currently not
960 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
961
962 //===---------------------------------------------------------------------===//
963
964 int g(int x) { return (x - 10) < 0; }
965 Should combine to "x <= 9" (the sub has nsw).  Currently not
966 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
967
968 //===---------------------------------------------------------------------===//
969
970 int g(int x) { return (x + 10) < 0; }
971 Should combine to "x < -10" (the add has nsw).  Currently not
972 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
973
974 //===---------------------------------------------------------------------===//
975
976 int f(int i, int j) { return i < j + 1; }
977 int g(int i, int j) { return j > i - 1; }
978 Should combine to "i <= j" (the add/sub has nsw).  Currently not
979 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
980
981 //===---------------------------------------------------------------------===//
982
983 This was noticed in the entryblock for grokdeclarator in 403.gcc:
984
985         %tmp = icmp eq i32 %decl_context, 4          
986         %decl_context_addr.0 = select i1 %tmp, i32 3, i32 %decl_context 
987         %tmp1 = icmp eq i32 %decl_context_addr.0, 1 
988         %decl_context_addr.1 = select i1 %tmp1, i32 0, i32 %decl_context_addr.0
989
990 tmp1 should be simplified to something like:
991   (!tmp || decl_context == 1)
992
993 This allows recursive simplifications, tmp1 is used all over the place in
994 the function, e.g. by:
995
996         %tmp23 = icmp eq i32 %decl_context_addr.1, 0            ; <i1> [#uses=1]
997         %tmp24 = xor i1 %tmp1, true             ; <i1> [#uses=1]
998         %or.cond8 = and i1 %tmp23, %tmp24               ; <i1> [#uses=1]
999
1000 later.
1001
1002 //===---------------------------------------------------------------------===//
1003
1004 [STORE SINKING]
1005
1006 Store sinking: This code:
1007
1008 void f (int n, int *cond, int *res) {
1009     int i;
1010     *res = 0;
1011     for (i = 0; i < n; i++)
1012         if (*cond)
1013             *res ^= 234; /* (*) */
1014 }
1015
1016 On this function GVN hoists the fully redundant value of *res, but nothing
1017 moves the store out.  This gives us this code:
1018
1019 bb:             ; preds = %bb2, %entry
1020         %.rle = phi i32 [ 0, %entry ], [ %.rle6, %bb2 ] 
1021         %i.05 = phi i32 [ 0, %entry ], [ %indvar.next, %bb2 ]
1022         %1 = load i32* %cond, align 4
1023         %2 = icmp eq i32 %1, 0
1024         br i1 %2, label %bb2, label %bb1
1025
1026 bb1:            ; preds = %bb
1027         %3 = xor i32 %.rle, 234 
1028         store i32 %3, i32* %res, align 4
1029         br label %bb2
1030
1031 bb2:            ; preds = %bb, %bb1
1032         %.rle6 = phi i32 [ %3, %bb1 ], [ %.rle, %bb ]   
1033         %indvar.next = add i32 %i.05, 1 
1034         %exitcond = icmp eq i32 %indvar.next, %n
1035         br i1 %exitcond, label %return, label %bb
1036
1037 DSE should sink partially dead stores to get the store out of the loop.
1038
1039 Here's another partial dead case:
1040 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12395
1041
1042 //===---------------------------------------------------------------------===//
1043
1044 Scalar PRE hoists the mul in the common block up to the else:
1045
1046 int test (int a, int b, int c, int g) {
1047   int d, e;
1048   if (a)
1049     d = b * c;
1050   else
1051     d = b - c;
1052   e = b * c + g;
1053   return d + e;
1054 }
1055
1056 It would be better to do the mul once to reduce codesize above the if.
1057 This is GCC PR38204.
1058
1059
1060 //===---------------------------------------------------------------------===//
1061 This simple function from 179.art:
1062
1063 int winner, numf2s;
1064 struct { double y; int   reset; } *Y;
1065
1066 void find_match() {
1067    int i;
1068    winner = 0;
1069    for (i=0;i<numf2s;i++)
1070        if (Y[i].y > Y[winner].y)
1071               winner =i;
1072 }
1073
1074 Compiles into (with clang TBAA):
1075
1076 for.body:                                         ; preds = %for.inc, %bb.nph
1077   %indvar = phi i64 [ 0, %bb.nph ], [ %indvar.next, %for.inc ]
1078   %i.01718 = phi i32 [ 0, %bb.nph ], [ %i.01719, %for.inc ]
1079   %tmp4 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %indvar, i32 0
1080   %tmp5 = load double* %tmp4, align 8, !tbaa !4
1081   %idxprom7 = sext i32 %i.01718 to i64
1082   %tmp10 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %idxprom7, i32 0
1083   %tmp11 = load double* %tmp10, align 8, !tbaa !4
1084   %cmp12 = fcmp ogt double %tmp5, %tmp11
1085   br i1 %cmp12, label %if.then, label %for.inc
1086
1087 if.then:                                          ; preds = %for.body
1088   %i.017 = trunc i64 %indvar to i32
1089   br label %for.inc
1090
1091 for.inc:                                          ; preds = %for.body, %if.then
1092   %i.01719 = phi i32 [ %i.01718, %for.body ], [ %i.017, %if.then ]
1093   %indvar.next = add i64 %indvar, 1
1094   %exitcond = icmp eq i64 %indvar.next, %tmp22
1095   br i1 %exitcond, label %for.cond.for.end_crit_edge, label %for.body
1096
1097
1098 It is good that we hoisted the reloads of numf2's, and Y out of the loop and
1099 sunk the store to winner out.
1100
1101 However, this is awful on several levels: the conditional truncate in the loop
1102 (-indvars at fault? why can't we completely promote the IV to i64?).
1103
1104 Beyond that, we have a partially redundant load in the loop: if "winner" (aka 
1105 %i.01718) isn't updated, we reload Y[winner].y the next time through the loop.
1106 Similarly, the addressing that feeds it (including the sext) is redundant. In
1107 the end we get this generated assembly:
1108
1109 LBB0_2:                                 ## %for.body
1110                                         ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
1111         movsd   (%rdi), %xmm0
1112         movslq  %edx, %r8
1113         shlq    $4, %r8
1114         ucomisd (%rcx,%r8), %xmm0
1115         jbe     LBB0_4
1116         movl    %esi, %edx
1117 LBB0_4:                                 ## %for.inc
1118         addq    $16, %rdi
1119         incq    %rsi
1120         cmpq    %rsi, %rax
1121         jne     LBB0_2
1122
1123 All things considered this isn't too bad, but we shouldn't need the movslq or
1124 the shlq instruction, or the load folded into ucomisd every time through the
1125 loop.
1126
1127 On an x86-specific topic, if the loop can't be restructure, the movl should be a
1128 cmov.
1129
1130 //===---------------------------------------------------------------------===//
1131
1132 [STORE SINKING]
1133
1134 GCC PR37810 is an interesting case where we should sink load/store reload
1135 into the if block and outside the loop, so we don't reload/store it on the
1136 non-call path.
1137
1138 for () {
1139   *P += 1;
1140   if ()
1141     call();
1142   else
1143     ...
1144 ->
1145 tmp = *P
1146 for () {
1147   tmp += 1;
1148   if () {
1149     *P = tmp;
1150     call();
1151     tmp = *P;
1152   } else ...
1153 }
1154 *P = tmp;
1155
1156 We now hoist the reload after the call (Transforms/GVN/lpre-call-wrap.ll), but
1157 we don't sink the store.  We need partially dead store sinking.
1158
1159 //===---------------------------------------------------------------------===//
1160
1161 [LOAD PRE CRIT EDGE SPLITTING]
1162
1163 GCC PR37166: Sinking of loads prevents SROA'ing the "g" struct on the stack
1164 leading to excess stack traffic. This could be handled by GVN with some crazy
1165 symbolic phi translation.  The code we get looks like (g is on the stack):
1166
1167 bb2:            ; preds = %bb1
1168 ..
1169         %9 = getelementptr %struct.f* %g, i32 0, i32 0          
1170         store i32 %8, i32* %9, align  bel %bb3
1171
1172 bb3:            ; preds = %bb1, %bb2, %bb
1173         %c_addr.0 = phi %struct.f* [ %g, %bb2 ], [ %c, %bb ], [ %c, %bb1 ]
1174         %b_addr.0 = phi %struct.f* [ %b, %bb2 ], [ %g, %bb ], [ %b, %bb1 ]
1175         %10 = getelementptr %struct.f* %c_addr.0, i32 0, i32 0
1176         %11 = load i32* %10, align 4
1177
1178 %11 is partially redundant, an in BB2 it should have the value %8.
1179
1180 GCC PR33344 and PR35287 are similar cases.
1181
1182
1183 //===---------------------------------------------------------------------===//
1184
1185 [LOAD PRE]
1186
1187 There are many load PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/loadpre* in the
1188 GCC testsuite, ones we don't get yet are (checked through loadpre25):
1189
1190 [CRIT EDGE BREAKING]
1191 loadpre3.c predcom-4.c
1192
1193 [PRE OF READONLY CALL]
1194 loadpre5.c
1195
1196 [TURN SELECT INTO BRANCH]
1197 loadpre14.c loadpre15.c 
1198
1199 actually a conditional increment: loadpre18.c loadpre19.c
1200
1201 //===---------------------------------------------------------------------===//
1202
1203 [LOAD PRE / STORE SINKING / SPEC HACK]
1204
1205 This is a chunk of code from 456.hmmer:
1206
1207 int f(int M, int *mc, int *mpp, int *tpmm, int *ip, int *tpim, int *dpp,
1208      int *tpdm, int xmb, int *bp, int *ms) {
1209  int k, sc;
1210  for (k = 1; k <= M; k++) {
1211      mc[k] = mpp[k-1]   + tpmm[k-1];
1212      if ((sc = ip[k-1]  + tpim[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1213      if ((sc = dpp[k-1] + tpdm[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1214      if ((sc = xmb  + bp[k])         > mc[k])  mc[k] = sc;
1215      mc[k] += ms[k];
1216    }
1217 }
1218
1219 It is very profitable for this benchmark to turn the conditional stores to mc[k]
1220 into a conditional move (select instr in IR) and allow the final store to do the
1221 store.  See GCC PR27313 for more details.  Note that this is valid to xform even
1222 with the new C++ memory model, since mc[k] is previously loaded and later
1223 stored.
1224
1225 //===---------------------------------------------------------------------===//
1226
1227 [SCALAR PRE]
1228 There are many PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/ssa-pre-*.c in the
1229 GCC testsuite.
1230
1231 //===---------------------------------------------------------------------===//
1232
1233 There are some interesting cases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/pred-comm* in the
1234 GCC testsuite.  For example, we get the first example in predcom-1.c, but 
1235 miss the second one:
1236
1237 unsigned fib[1000];
1238 unsigned avg[1000];
1239
1240 __attribute__ ((noinline))
1241 void count_averages(int n) {
1242   int i;
1243   for (i = 1; i < n; i++)
1244     avg[i] = (((unsigned long) fib[i - 1] + fib[i] + fib[i + 1]) / 3) & 0xffff;
1245 }
1246
1247 which compiles into two loads instead of one in the loop.
1248
1249 predcom-2.c is the same as predcom-1.c
1250
1251 predcom-3.c is very similar but needs loads feeding each other instead of
1252 store->load.
1253
1254
1255 //===---------------------------------------------------------------------===//
1256
1257 [ALIAS ANALYSIS]
1258
1259 Type based alias analysis:
1260 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=14705
1261
1262 We should do better analysis of posix_memalign.  At the least it should
1263 no-capture its pointer argument, at best, we should know that the out-value
1264 result doesn't point to anything (like malloc).  One example of this is in
1265 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c
1266
1267 //===---------------------------------------------------------------------===//
1268
1269 Interesting missed case because of control flow flattening (should be 2 loads):
1270 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=26629
1271 With: llvm-gcc t2.c -S -o - -O0 -emit-llvm | llvm-as | 
1272              opt -mem2reg -gvn -instcombine | llvm-dis
1273 we miss it because we need 1) CRIT EDGE 2) MULTIPLE DIFFERENT
1274 VALS PRODUCED BY ONE BLOCK OVER DIFFERENT PATHS
1275
1276 //===---------------------------------------------------------------------===//
1277
1278 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=19633
1279 We could eliminate the branch condition here, loading from null is undefined:
1280
1281 struct S { int w, x, y, z; };
1282 struct T { int r; struct S s; };
1283 void bar (struct S, int);
1284 void foo (int a, struct T b)
1285 {
1286   struct S *c = 0;
1287   if (a)
1288     c = &b.s;
1289   bar (*c, a);
1290 }
1291
1292 //===---------------------------------------------------------------------===//
1293
1294 simplifylibcalls should do several optimizations for strspn/strcspn:
1295
1296 strcspn(x, "a") -> inlined loop for up to 3 letters (similarly for strspn):
1297
1298 size_t __strcspn_c3 (__const char *__s, int __reject1, int __reject2,
1299                      int __reject3) {
1300   register size_t __result = 0;
1301   while (__s[__result] != '\0' && __s[__result] != __reject1 &&
1302          __s[__result] != __reject2 && __s[__result] != __reject3)
1303     ++__result;
1304   return __result;
1305 }
1306
1307 This should turn into a switch on the character.  See PR3253 for some notes on
1308 codegen.
1309
1310 456.hmmer apparently uses strcspn and strspn a lot.  471.omnetpp uses strspn.
1311
1312 //===---------------------------------------------------------------------===//
1313
1314 simplifylibcalls should turn these snprintf idioms into memcpy (GCC PR47917)
1315
1316 char buf1[6], buf2[6], buf3[4], buf4[4];
1317 int i;
1318
1319 int foo (void) {
1320   int ret = snprintf (buf1, sizeof buf1, "abcde");
1321   ret += snprintf (buf2, sizeof buf2, "abcdef") * 16;
1322   ret += snprintf (buf3, sizeof buf3, "%s", i++ < 6 ? "abc" : "def") * 256;
1323   ret += snprintf (buf4, sizeof buf4, "%s", i++ > 10 ? "abcde" : "defgh")*4096;
1324   return ret;
1325 }
1326
1327 //===---------------------------------------------------------------------===//
1328
1329 "gas" uses this idiom:
1330   else if (strchr ("+-/*%|&^:[]()~", *intel_parser.op_string))
1331 ..
1332   else if (strchr ("<>", *intel_parser.op_string)
1333
1334 Those should be turned into a switch.
1335
1336 //===---------------------------------------------------------------------===//
1337
1338 252.eon contains this interesting code:
1339
1340         %3072 = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 0
1341         %3073 = call i8* @strcpy(i8* %3072, i8* %3071) nounwind
1342         %strlen = call i32 @strlen(i8* %3072)    ; uses = 1
1343         %endptr = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 %strlen
1344         call void @llvm.memcpy.i32(i8* %endptr, 
1345           i8* getelementptr ([5 x i8]* @"\01LC42", i32 0, i32 0), i32 5, i32 1)
1346         %3074 = call i32 @strlen(i8* %endptr) nounwind readonly 
1347         
1348 This is interesting for a couple reasons.  First, in this:
1349
1350 The memcpy+strlen strlen can be replaced with:
1351
1352         %3074 = call i32 @strlen([5 x i8]* @"\01LC42") nounwind readonly 
1353
1354 Because the destination was just copied into the specified memory buffer.  This,
1355 in turn, can be constant folded to "4".
1356
1357 In other code, it contains:
1358
1359         %endptr6978 = bitcast i8* %endptr69 to i32*            
1360         store i32 7107374, i32* %endptr6978, align 1
1361         %3167 = call i32 @strlen(i8* %endptr69) nounwind readonly    
1362
1363 Which could also be constant folded.  Whatever is producing this should probably
1364 be fixed to leave this as a memcpy from a string.
1365
1366 Further, eon also has an interesting partially redundant strlen call:
1367
1368 bb8:            ; preds = %_ZN18eonImageCalculatorC1Ev.exit
1369         %682 = getelementptr i8** %argv, i32 6          ; <i8**> [#uses=2]
1370         %683 = load i8** %682, align 4          ; <i8*> [#uses=4]
1371         %684 = load i8* %683, align 1           ; <i8> [#uses=1]
1372         %685 = icmp eq i8 %684, 0               ; <i1> [#uses=1]
1373         br i1 %685, label %bb10, label %bb9
1374
1375 bb9:            ; preds = %bb8
1376         %686 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1377         %687 = icmp ugt i32 %686, 254           ; <i1> [#uses=1]
1378         br i1 %687, label %bb10, label %bb11
1379
1380 bb10:           ; preds = %bb9, %bb8
1381         %688 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1382
1383 This could be eliminated by doing the strlen once in bb8, saving code size and
1384 improving perf on the bb8->9->10 path.
1385
1386 //===---------------------------------------------------------------------===//
1387
1388 I see an interesting fully redundant call to strlen left in 186.crafty:InputMove
1389 which looks like:
1390        %movetext11 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 0 
1391  
1392
1393 bb62:           ; preds = %bb55, %bb53
1394         %promote.0 = phi i32 [ %169, %bb55 ], [ 0, %bb53 ]             
1395         %171 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1396         %172 = add i32 %171, -1         ; <i32> [#uses=1]
1397         %173 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 %172       
1398
1399 ...  no stores ...
1400        br i1 %or.cond, label %bb65, label %bb72
1401
1402 bb65:           ; preds = %bb62
1403         store i8 0, i8* %173, align 1
1404         br label %bb72
1405
1406 bb72:           ; preds = %bb65, %bb62
1407         %trank.1 = phi i32 [ %176, %bb65 ], [ -1, %bb62 ]            
1408         %177 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1409
1410 Note that on the bb62->bb72 path, that the %177 strlen call is partially
1411 redundant with the %171 call.  At worst, we could shove the %177 strlen call
1412 up into the bb65 block moving it out of the bb62->bb72 path.   However, note
1413 that bb65 stores to the string, zeroing out the last byte.  This means that on
1414 that path the value of %177 is actually just %171-1.  A sub is cheaper than a
1415 strlen!
1416
1417 This pattern repeats several times, basically doing:
1418
1419   A = strlen(P);
1420   P[A-1] = 0;
1421   B = strlen(P);
1422   where it is "obvious" that B = A-1.
1423
1424 //===---------------------------------------------------------------------===//
1425
1426 186.crafty has this interesting pattern with the "out.4543" variable:
1427
1428 call void @llvm.memcpy.i32(
1429         i8* getelementptr ([10 x i8]* @out.4543, i32 0, i32 0),
1430        i8* getelementptr ([7 x i8]* @"\01LC28700", i32 0, i32 0), i32 7, i32 1) 
1431 %101 = call@printf(i8* ...   @out.4543, i32 0, i32 0)) nounwind 
1432
1433 It is basically doing:
1434
1435   memcpy(globalarray, "string");
1436   printf(...,  globalarray);
1437   
1438 Anyway, by knowing that printf just reads the memory and forward substituting
1439 the string directly into the printf, this eliminates reads from globalarray.
1440 Since this pattern occurs frequently in crafty (due to the "DisplayTime" and
1441 other similar functions) there are many stores to "out".  Once all the printfs
1442 stop using "out", all that is left is the memcpy's into it.  This should allow
1443 globalopt to remove the "stored only" global.
1444
1445 //===---------------------------------------------------------------------===//
1446
1447 This code:
1448
1449 define inreg i32 @foo(i8* inreg %p) nounwind {
1450   %tmp0 = load i8* %p
1451   %tmp1 = ashr i8 %tmp0, 5
1452   %tmp2 = sext i8 %tmp1 to i32
1453   ret i32 %tmp2
1454 }
1455
1456 could be dagcombine'd to a sign-extending load with a shift.
1457 For example, on x86 this currently gets this:
1458
1459         movb    (%eax), %al
1460         sarb    $5, %al
1461         movsbl  %al, %eax
1462
1463 while it could get this:
1464
1465         movsbl  (%eax), %eax
1466         sarl    $5, %eax
1467
1468 //===---------------------------------------------------------------------===//
1469
1470 GCC PR31029:
1471
1472 int test(int x) { return 1-x == x; }     // --> return false
1473 int test2(int x) { return 2-x == x; }    // --> return x == 1 ?
1474
1475 Always foldable for odd constants, what is the rule for even?
1476
1477 //===---------------------------------------------------------------------===//
1478
1479 PR 3381: GEP to field of size 0 inside a struct could be turned into GEP
1480 for next field in struct (which is at same address).
1481
1482 For example: store of float into { {{}}, float } could be turned into a store to
1483 the float directly.
1484
1485 //===---------------------------------------------------------------------===//
1486
1487 The arg promotion pass should make use of nocapture to make its alias analysis
1488 stuff much more precise.
1489
1490 //===---------------------------------------------------------------------===//
1491
1492 The following functions should be optimized to use a select instead of a
1493 branch (from gcc PR40072):
1494
1495 char char_int(int m) {if(m>7) return 0; return m;}
1496 int int_char(char m) {if(m>7) return 0; return m;}
1497
1498 //===---------------------------------------------------------------------===//
1499
1500 int func(int a, int b) { if (a & 0x80) b |= 0x80; else b &= ~0x80; return b; }
1501
1502 Generates this:
1503
1504 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1505 entry:
1506   %0 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1507   %1 = icmp eq i32 %0, 0                          ; <i1> [#uses=1]
1508   %2 = or i32 %b, 128                             ; <i32> [#uses=1]
1509   %3 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1510   %b_addr.0 = select i1 %1, i32 %3, i32 %2        ; <i32> [#uses=1]
1511   ret i32 %b_addr.0
1512 }
1513
1514 However, it's functionally equivalent to:
1515
1516          b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1517
1518 Which generates this:
1519
1520 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1521 entry:
1522   %0 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1523   %1 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1524   %2 = or i32 %0, %1                              ; <i32> [#uses=1]
1525   ret i32 %2
1526 }
1527
1528 This can be generalized for other forms:
1529
1530      b = (b & ~0x80) | (a & 0x40) << 1;
1531
1532 //===---------------------------------------------------------------------===//
1533
1534 These two functions produce different code. They shouldn't:
1535
1536 #include <stdint.h>
1537  
1538 uint8_t p1(uint8_t b, uint8_t a) {
1539   b = (b & ~0xc0) | (a & 0xc0);
1540   return (b);
1541 }
1542  
1543 uint8_t p2(uint8_t b, uint8_t a) {
1544   b = (b & ~0x40) | (a & 0x40);
1545   b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1546   return (b);
1547 }
1548
1549 define zeroext i8 @p1(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1550 entry:
1551   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1552   %1 = and i8 %a, -64                             ; <i8> [#uses=1]
1553   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1554   ret i8 %2
1555 }
1556
1557 define zeroext i8 @p2(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1558 entry:
1559   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1560   %.masked = and i8 %a, 64                        ; <i8> [#uses=1]
1561   %1 = and i8 %a, -128                            ; <i8> [#uses=1]
1562   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1563   %3 = or i8 %2, %.masked                         ; <i8> [#uses=1]
1564   ret i8 %3
1565 }
1566
1567 //===---------------------------------------------------------------------===//
1568
1569 IPSCCP does not currently propagate argument dependent constants through
1570 functions where it does not not all of the callers.  This includes functions
1571 with normal external linkage as well as templates, C99 inline functions etc.
1572 Specifically, it does nothing to:
1573
1574 define i32 @test(i32 %x, i32 %y, i32 %z) nounwind {
1575 entry:
1576   %0 = add nsw i32 %y, %z                         
1577   %1 = mul i32 %0, %x                             
1578   %2 = mul i32 %y, %z                             
1579   %3 = add nsw i32 %1, %2                         
1580   ret i32 %3
1581 }
1582
1583 define i32 @test2() nounwind {
1584 entry:
1585   %0 = call i32 @test(i32 1, i32 2, i32 4) nounwind
1586   ret i32 %0
1587 }
1588
1589 It would be interesting extend IPSCCP to be able to handle simple cases like
1590 this, where all of the arguments to a call are constant.  Because IPSCCP runs
1591 before inlining, trivial templates and inline functions are not yet inlined.
1592 The results for a function + set of constant arguments should be memoized in a
1593 map.
1594
1595 //===---------------------------------------------------------------------===//
1596
1597 The libcall constant folding stuff should be moved out of SimplifyLibcalls into
1598 libanalysis' constantfolding logic.  This would allow IPSCCP to be able to
1599 handle simple things like this:
1600
1601 static int foo(const char *X) { return strlen(X); }
1602 int bar() { return foo("abcd"); }
1603
1604 //===---------------------------------------------------------------------===//
1605
1606 functionattrs doesn't know much about memcpy/memset.  This function should be
1607 marked readnone rather than readonly, since it only twiddles local memory, but
1608 functionattrs doesn't handle memset/memcpy/memmove aggressively:
1609
1610 struct X { int *p; int *q; };
1611 int foo() {
1612  int i = 0, j = 1;
1613  struct X x, y;
1614  int **p;
1615  y.p = &i;
1616  x.q = &j;
1617  p = __builtin_memcpy (&x, &y, sizeof (int *));
1618  return **p;
1619 }
1620
1621 This can be seen at:
1622 $ clang t.c -S -o - -mkernel -O0 -emit-llvm | opt -functionattrs -S
1623
1624
1625 //===---------------------------------------------------------------------===//
1626
1627 Missed instcombine transformation:
1628 define i1 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1629 entry:
1630   %cmp = icmp eq i32 %x, 30
1631   %sub = add i32 %x, -30
1632   %cmp2 = icmp ugt i32 %sub, 9
1633   %or = or i1 %cmp, %cmp2
1634   ret i1 %or
1635 }
1636 This should be optimized to a single compare.  Testcase derived from gcc.
1637
1638 //===---------------------------------------------------------------------===//
1639
1640 Missed instcombine or reassociate transformation:
1641 int a(int a, int b) { return (a==12)&(b>47)&(b<58); }
1642
1643 The sgt and slt should be combined into a single comparison. Testcase derived
1644 from gcc.
1645
1646 //===---------------------------------------------------------------------===//
1647
1648 Missed instcombine transformation:
1649
1650   %382 = srem i32 %tmp14.i, 64                    ; [#uses=1]
1651   %383 = zext i32 %382 to i64                     ; [#uses=1]
1652   %384 = shl i64 %381, %383                       ; [#uses=1]
1653   %385 = icmp slt i32 %tmp14.i, 64                ; [#uses=1]
1654
1655 The srem can be transformed to an and because if %tmp14.i is negative, the
1656 shift is undefined.  Testcase derived from 403.gcc.
1657
1658 //===---------------------------------------------------------------------===//
1659
1660 This is a range comparison on a divided result (from 403.gcc):
1661
1662   %1337 = sdiv i32 %1336, 8                       ; [#uses=1]
1663   %.off.i208 = add i32 %1336, 7                   ; [#uses=1]
1664   %1338 = icmp ult i32 %.off.i208, 15             ; [#uses=1]
1665   
1666 We already catch this (removing the sdiv) if there isn't an add, we should
1667 handle the 'add' as well.  This is a common idiom with it's builtin_alloca code.
1668 C testcase:
1669
1670 int a(int x) { return (unsigned)(x/16+7) < 15; }
1671
1672 Another similar case involves truncations on 64-bit targets:
1673
1674   %361 = sdiv i64 %.046, 8                        ; [#uses=1]
1675   %362 = trunc i64 %361 to i32                    ; [#uses=2]
1676 ...
1677   %367 = icmp eq i32 %362, 0                      ; [#uses=1]
1678
1679 //===---------------------------------------------------------------------===//
1680
1681 Missed instcombine/dagcombine transformation:
1682 define void @lshift_lt(i8 zeroext %a) nounwind {
1683 entry:
1684   %conv = zext i8 %a to i32
1685   %shl = shl i32 %conv, 3
1686   %cmp = icmp ult i32 %shl, 33
1687   br i1 %cmp, label %if.then, label %if.end
1688
1689 if.then:
1690   tail call void @bar() nounwind
1691   ret void
1692
1693 if.end:
1694   ret void
1695 }
1696 declare void @bar() nounwind
1697
1698 The shift should be eliminated.  Testcase derived from gcc.
1699
1700 //===---------------------------------------------------------------------===//
1701
1702 These compile into different code, one gets recognized as a switch and the
1703 other doesn't due to phase ordering issues (PR6212):
1704
1705 int test1(int mainType, int subType) {
1706   if (mainType == 7)
1707     subType = 4;
1708   else if (mainType == 9)
1709     subType = 6;
1710   else if (mainType == 11)
1711     subType = 9;
1712   return subType;
1713 }
1714
1715 int test2(int mainType, int subType) {
1716   if (mainType == 7)
1717     subType = 4;
1718   if (mainType == 9)
1719     subType = 6;
1720   if (mainType == 11)
1721     subType = 9;
1722   return subType;
1723 }
1724
1725 //===---------------------------------------------------------------------===//
1726
1727 The following test case (from PR6576):
1728
1729 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1730 entry:
1731  %cond1 = icmp eq i32 %b, 0                      ; <i1> [#uses=1]
1732  br i1 %cond1, label %exit, label %bb.nph
1733 bb.nph:                                           ; preds = %entry
1734  %tmp = mul i32 %b, %a                           ; <i32> [#uses=1]
1735  ret i32 %tmp
1736 exit:                                             ; preds = %entry
1737  ret i32 0
1738 }
1739
1740 could be reduced to:
1741
1742 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1743 entry:
1744  %tmp = mul i32 %b, %a
1745  ret i32 %tmp
1746 }
1747
1748 //===---------------------------------------------------------------------===//
1749
1750 We should use DSE + llvm.lifetime.end to delete dead vtable pointer updates.
1751 See GCC PR34949
1752
1753 Another interesting case is that something related could be used for variables
1754 that go const after their ctor has finished.  In these cases, globalopt (which
1755 can statically run the constructor) could mark the global const (so it gets put
1756 in the readonly section).  A testcase would be:
1757
1758 #include <complex>
1759 using namespace std;
1760 const complex<char> should_be_in_rodata (42,-42);
1761 complex<char> should_be_in_data (42,-42);
1762 complex<char> should_be_in_bss;
1763
1764 Where we currently evaluate the ctors but the globals don't become const because
1765 the optimizer doesn't know they "become const" after the ctor is done.  See
1766 GCC PR4131 for more examples.
1767
1768 //===---------------------------------------------------------------------===//
1769
1770 In this code:
1771
1772 long foo(long x) {
1773   return x > 1 ? x : 1;
1774 }
1775
1776 LLVM emits a comparison with 1 instead of 0. 0 would be equivalent
1777 and cheaper on most targets.
1778
1779 LLVM prefers comparisons with zero over non-zero in general, but in this
1780 case it choses instead to keep the max operation obvious.
1781
1782 //===---------------------------------------------------------------------===//
1783
1784 define void @a(i32 %x) nounwind {
1785 entry:
1786   switch i32 %x, label %if.end [
1787     i32 0, label %if.then
1788     i32 1, label %if.then
1789     i32 2, label %if.then
1790     i32 3, label %if.then
1791     i32 5, label %if.then
1792   ]
1793 if.then:
1794   tail call void @foo() nounwind
1795   ret void
1796 if.end:
1797   ret void
1798 }
1799 declare void @foo()
1800
1801 Generated code on x86-64 (other platforms give similar results):
1802 a:
1803         cmpl    $5, %edi
1804         ja      LBB2_2
1805         cmpl    $4, %edi
1806         jne     LBB2_3
1807 .LBB0_2:
1808         ret
1809 .LBB0_3:
1810         jmp     foo  # TAILCALL
1811
1812 If we wanted to be really clever, we could simplify the whole thing to
1813 something like the following, which eliminates a branch:
1814         xorl    $1, %edi
1815         cmpl    $4, %edi
1816         ja      .LBB0_2
1817         ret
1818 .LBB0_2:
1819         jmp     foo  # TAILCALL
1820
1821 //===---------------------------------------------------------------------===//
1822
1823 We compile this:
1824
1825 int foo(int a) { return (a & (~15)) / 16; }
1826
1827 Into:
1828
1829 define i32 @foo(i32 %a) nounwind readnone ssp {
1830 entry:
1831   %and = and i32 %a, -16
1832   %div = sdiv i32 %and, 16
1833   ret i32 %div
1834 }
1835
1836 but this code (X & -A)/A is X >> log2(A) when A is a power of 2, so this case
1837 should be instcombined into just "a >> 4".
1838
1839 We do get this at the codegen level, so something knows about it, but 
1840 instcombine should catch it earlier:
1841
1842 _foo:                                   ## @foo
1843 ## BB#0:                                ## %entry
1844         movl    %edi, %eax
1845         sarl    $4, %eax
1846         ret
1847
1848 //===---------------------------------------------------------------------===//
1849
1850 This code (from GCC PR28685):
1851
1852 int test(int a, int b) {
1853   int lt = a < b;
1854   int eq = a == b;
1855   if (lt)
1856     return 1;
1857   return eq;
1858 }
1859
1860 Is compiled to:
1861
1862 define i32 @test(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1863 entry:
1864   %cmp = icmp slt i32 %a, %b
1865   br i1 %cmp, label %return, label %if.end
1866
1867 if.end:                                           ; preds = %entry
1868   %cmp5 = icmp eq i32 %a, %b
1869   %conv6 = zext i1 %cmp5 to i32
1870   ret i32 %conv6
1871
1872 return:                                           ; preds = %entry
1873   ret i32 1
1874 }
1875
1876 it could be:
1877
1878 define i32 @test__(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1879 entry:
1880   %0 = icmp sle i32 %a, %b
1881   %retval = zext i1 %0 to i32
1882   ret i32 %retval
1883 }
1884
1885 //===---------------------------------------------------------------------===//
1886
1887 This code can be seen in viterbi:
1888
1889   %64 = call noalias i8* @malloc(i64 %62) nounwind
1890 ...
1891   %67 = call i64 @llvm.objectsize.i64(i8* %64, i1 false) nounwind
1892   %68 = call i8* @__memset_chk(i8* %64, i32 0, i64 %62, i64 %67) nounwind
1893
1894 llvm.objectsize.i64 should be taught about malloc/calloc, allowing it to
1895 fold to %62.  This is a security win (overflows of malloc will get caught)
1896 and also a performance win by exposing more memsets to the optimizer.
1897
1898 This occurs several times in viterbi.
1899
1900 Note that this would change the semantics of @llvm.objectsize which by its
1901 current definition always folds to a constant. We also should make sure that
1902 we remove checking in code like
1903
1904   char *p = malloc(strlen(s)+1);
1905   __strcpy_chk(p, s, __builtin_objectsize(p, 0));
1906
1907 //===---------------------------------------------------------------------===//
1908
1909 This code (from Benchmarks/Dhrystone/dry.c):
1910
1911 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1912 entry:
1913   %sext = shl i32 %0, 24
1914   %conv = ashr i32 %sext, 24
1915   %sext6 = shl i32 %1, 24
1916   %conv4 = ashr i32 %sext6, 24
1917   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1918   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1919   ret i32 %.
1920 }
1921
1922 Should be simplified into something like:
1923
1924 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1925 entry:
1926   %sext = shl i32 %0, 24
1927   %conv = and i32 %sext, 0xFF000000
1928   %sext6 = shl i32 %1, 24
1929   %conv4 = and i32 %sext6, 0xFF000000
1930   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1931   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1932   ret i32 %.
1933 }
1934
1935 and then to:
1936
1937 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1938 entry:
1939   %conv = and i32 %0, 0xFF
1940   %conv4 = and i32 %1, 0xFF
1941   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1942   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1943   ret i32 %.
1944 }
1945 //===---------------------------------------------------------------------===//
1946
1947 clang -O3 currently compiles this code
1948
1949 int g(unsigned int a) {
1950   unsigned int c[100];
1951   c[10] = a;
1952   c[11] = a;
1953   unsigned int b = c[10] + c[11];
1954   if(b > a*2) a = 4;
1955   else a = 8;
1956   return a + 7;
1957 }
1958
1959 into
1960
1961 define i32 @g(i32 a) nounwind readnone {
1962   %add = shl i32 %a, 1
1963   %mul = shl i32 %a, 1
1964   %cmp = icmp ugt i32 %add, %mul
1965   %a.addr.0 = select i1 %cmp, i32 11, i32 15
1966   ret i32 %a.addr.0
1967 }
1968
1969 The icmp should fold to false. This CSE opportunity is only available
1970 after GVN and InstCombine have run.
1971
1972 //===---------------------------------------------------------------------===//
1973
1974 memcpyopt should turn this:
1975
1976 define i8* @test10(i32 %x) {
1977   %alloc = call noalias i8* @malloc(i32 %x) nounwind
1978   call void @llvm.memset.p0i8.i32(i8* %alloc, i8 0, i32 %x, i32 1, i1 false)
1979   ret i8* %alloc
1980 }
1981
1982 into a call to calloc.  We should make sure that we analyze calloc as
1983 aggressively as malloc though.
1984
1985 //===---------------------------------------------------------------------===//
1986
1987 clang -O3 doesn't optimize this:
1988
1989 void f1(int* begin, int* end) {
1990   std::fill(begin, end, 0);
1991 }
1992
1993 into a memset.  This is PR8942.
1994
1995 //===---------------------------------------------------------------------===//
1996
1997 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
1998
1999 void f(int N) {
2000   std::vector<int> v(N);
2001
2002   extern void sink(void*); sink(&v);
2003 }
2004
2005 into
2006
2007 define void @_Z1fi(i32 %N) nounwind {
2008 entry:
2009   %v2 = alloca [3 x i32*], align 8
2010   %v2.sub = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 0
2011   %tmpcast = bitcast [3 x i32*]* %v2 to %"class.std::vector"*
2012   %conv = sext i32 %N to i64
2013   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2014   %tmp3.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 1
2015   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2016   %tmp4.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 2
2017   store i32* null, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2018   %cmp.i.i.i.i = icmp eq i32 %N, 0
2019   br i1 %cmp.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i, label %cond.true.i.i.i.i
2020
2021 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i: ; preds = %entry
2022   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2023   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2024   %add.ptr.i5.i.i = getelementptr inbounds i32* null, i64 %conv
2025   store i32* %add.ptr.i5.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2026   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2027
2028 cond.true.i.i.i.i:                                ; preds = %entry
2029   %cmp.i.i.i.i.i = icmp slt i32 %N, 0
2030   br i1 %cmp.i.i.i.i.i, label %if.then.i.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i
2031
2032 if.then.i.i.i.i.i:                                ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2033   call void @_ZSt17__throw_bad_allocv() noreturn nounwind
2034   unreachable
2035
2036 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i:    ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2037   %mul.i.i.i.i.i = shl i64 %conv, 2
2038   %call3.i.i.i.i.i = call noalias i8* @_Znwm(i64 %mul.i.i.i.i.i) nounwind
2039   %0 = bitcast i8* %call3.i.i.i.i.i to i32*
2040   store i32* %0, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2041   store i32* %0, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2042   %add.ptr.i.i.i = getelementptr inbounds i32* %0, i64 %conv
2043   store i32* %add.ptr.i.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2044   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)
2045   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2046
2047 This is just the handling the construction of the vector. Most surprising here
2048 is the fact that all three null stores in %entry are dead (because we do no
2049 cross-block DSE).
2050
2051 Also surprising is that %conv isn't simplified to 0 in %....exit.thread.i.i.
2052 This is a because the client of LazyValueInfo doesn't simplify all instruction
2053 operands, just selected ones.
2054
2055 //===---------------------------------------------------------------------===//
2056
2057 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2058
2059 void f(char* a, int n) {
2060   __builtin_memset(a, 0, n);
2061   for (int i = 0; i < n; ++i)
2062     a[i] = 0;
2063 }
2064
2065 into:
2066
2067 define void @_Z1fPci(i8* nocapture %a, i32 %n) nounwind {
2068 entry:
2069   %conv = sext i32 %n to i64
2070   tail call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %conv, i32 1, i1 false)
2071   %cmp8 = icmp sgt i32 %n, 0
2072   br i1 %cmp8, label %for.body.lr.ph, label %for.end
2073
2074 for.body.lr.ph:                                   ; preds = %entry
2075   %tmp10 = add i32 %n, -1
2076   %tmp11 = zext i32 %tmp10 to i64
2077   %tmp12 = add i64 %tmp11, 1
2078   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %tmp12, i32 1, i1 false)
2079   ret void
2080
2081 for.end:                                          ; preds = %entry
2082   ret void
2083 }
2084
2085 This shouldn't need the ((zext (%n - 1)) + 1) game, and it should ideally fold
2086 the two memset's together.
2087
2088 The issue with the addition only occurs in 64-bit mode, and appears to be at
2089 least partially caused by Scalar Evolution not keeping its cache updated: it
2090 returns the "wrong" result immediately after indvars runs, but figures out the
2091 expected result if it is run from scratch on IR resulting from running indvars.
2092
2093 //===---------------------------------------------------------------------===//
2094
2095 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2096
2097 struct S {
2098   unsigned short m1, m2;
2099   unsigned char m3, m4;
2100 };
2101
2102 void f(int N) {
2103   std::vector<S> v(N);
2104   extern void sink(void*); sink(&v);
2105 }
2106
2107 into poor code for zero-initializing 'v' when N is >0. The problem is that
2108 S is only 6 bytes, but each element is 8 byte-aligned. We generate a loop and
2109 4 stores on each iteration. If the struct were 8 bytes, this gets turned into
2110 a memset.
2111
2112 In order to handle this we have to:
2113   A) Teach clang to generate metadata for memsets of structs that have holes in
2114      them.
2115   B) Teach clang to use such a memset for zero init of this struct (since it has
2116      a hole), instead of doing elementwise zeroing.
2117
2118 //===---------------------------------------------------------------------===//
2119
2120 clang -O3 currently compiles this code:
2121
2122 extern const int magic;
2123 double f() { return 0.0 * magic; }
2124
2125 into
2126
2127 @magic = external constant i32
2128
2129 define double @_Z1fv() nounwind readnone {
2130 entry:
2131   %tmp = load i32* @magic, align 4, !tbaa !0
2132   %conv = sitofp i32 %tmp to double
2133   %mul = fmul double %conv, 0.000000e+00
2134   ret double %mul
2135 }
2136
2137 We should be able to fold away this fmul to 0.0.  More generally, fmul(x,0.0)
2138 can be folded to 0.0 if we can prove that the LHS is not -0.0, not a NaN, and
2139 not an INF.  The CannotBeNegativeZero predicate in value tracking should be
2140 extended to support general "fpclassify" operations that can return 
2141 yes/no/unknown for each of these predicates.
2142
2143 In this predicate, we know that uitofp is trivially never NaN or -0.0, and
2144 we know that it isn't +/-Inf if the floating point type has enough exponent bits
2145 to represent the largest integer value as < inf.
2146
2147 //===---------------------------------------------------------------------===//
2148
2149 When optimizing a transformation that can change the sign of 0.0 (such as the
2150 0.0*val -> 0.0 transformation above), it might be provable that the sign of the
2151 expression doesn't matter.  For example, by the above rules, we can't transform
2152 fmul(sitofp(x), 0.0) into 0.0, because x might be -1 and the result of the
2153 expression is defined to be -0.0.
2154
2155 If we look at the uses of the fmul for example, we might be able to prove that
2156 all uses don't care about the sign of zero.  For example, if we have:
2157
2158   fadd(fmul(sitofp(x), 0.0), 2.0)
2159
2160 Since we know that x+2.0 doesn't care about the sign of any zeros in X, we can
2161 transform the fmul to 0.0, and then the fadd to 2.0.
2162
2163 //===---------------------------------------------------------------------===//
2164
2165 We should enhance memcpy/memcpy/memset to allow a metadata node on them
2166 indicating that some bytes of the transfer are undefined.  This is useful for
2167 frontends like clang when lowering struct copies, when some elements of the
2168 struct are undefined.  Consider something like this:
2169
2170 struct x {
2171   char a;
2172   int b[4];
2173 };
2174 void foo(struct x*P);
2175 struct x testfunc() {
2176   struct x V1, V2;
2177   foo(&V1);
2178   V2 = V1;
2179
2180   return V2;
2181 }
2182
2183 We currently compile this to:
2184 $ clang t.c -S -o - -O0 -emit-llvm | opt -scalarrepl -S
2185
2186
2187 %struct.x = type { i8, [4 x i32] }
2188
2189 define void @testfunc(%struct.x* sret %agg.result) nounwind ssp {
2190 entry:
2191   %V1 = alloca %struct.x, align 4
2192   call void @foo(%struct.x* %V1)
2193   %tmp1 = bitcast %struct.x* %V1 to i8*
2194   %0 = bitcast %struct.x* %V1 to i160*
2195   %srcval1 = load i160* %0, align 4
2196   %tmp2 = bitcast %struct.x* %agg.result to i8*
2197   %1 = bitcast %struct.x* %agg.result to i160*
2198   store i160 %srcval1, i160* %1, align 4
2199   ret void
2200 }
2201
2202 This happens because SRoA sees that the temp alloca has is being memcpy'd into
2203 and out of and it has holes and it has to be conservative.  If we knew about the
2204 holes, then this could be much much better.
2205
2206 Having information about these holes would also improve memcpy (etc) lowering at
2207 llc time when it gets inlined, because we can use smaller transfers.  This also
2208 avoids partial register stalls in some important cases.
2209
2210 //===---------------------------------------------------------------------===//
2211
2212 We don't fold (icmp (add) (add)) unless the two adds only have a single use.
2213 There are a lot of cases that we're refusing to fold in (e.g.) 256.bzip2, for
2214 example:
2215
2216  %indvar.next90 = add i64 %indvar89, 1     ;; Has 2 uses
2217  %tmp96 = add i64 %tmp95, 1                ;; Has 1 use
2218  %exitcond97 = icmp eq i64 %indvar.next90, %tmp96
2219
2220 We don't fold this because we don't want to introduce an overlapped live range
2221 of the ivar.  However if we can make this more aggressive without causing
2222 performance issues in two ways:
2223
2224 1. If *either* the LHS or RHS has a single use, we can definitely do the
2225    transformation.  In the overlapping liverange case we're trading one register
2226    use for one fewer operation, which is a reasonable trade.  Before doing this
2227    we should verify that the llc output actually shrinks for some benchmarks.
2228 2. If both ops have multiple uses, we can still fold it if the operations are
2229    both sinkable to *after* the icmp (e.g. in a subsequent block) which doesn't
2230    increase register pressure.
2231
2232 There are a ton of icmp's we aren't simplifying because of the reg pressure
2233 concern.  Care is warranted here though because many of these are induction
2234 variables and other cases that matter a lot to performance, like the above.
2235 Here's a blob of code that you can drop into the bottom of visitICmp to see some
2236 missed cases:
2237
2238   { Value *A, *B, *C, *D;
2239     if (match(Op0, m_Add(m_Value(A), m_Value(B))) && 
2240         match(Op1, m_Add(m_Value(C), m_Value(D))) &&
2241         (A == C || A == D || B == C || B == D)) {
2242       errs() << "OP0 = " << *Op0 << "  U=" << Op0->getNumUses() << "\n";
2243       errs() << "OP1 = " << *Op1 << "  U=" << Op1->getNumUses() << "\n";
2244       errs() << "CMP = " << I << "\n\n";
2245     }
2246   }
2247
2248 //===---------------------------------------------------------------------===//
2249
2250 define i1 @test1(i32 %x) nounwind {
2251   %and = and i32 %x, 3
2252   %cmp = icmp ult i32 %and, 2
2253   ret i1 %cmp
2254 }
2255
2256 Can be folded to (x & 2) == 0.
2257
2258 define i1 @test2(i32 %x) nounwind {
2259   %and = and i32 %x, 3
2260   %cmp = icmp ugt i32 %and, 1
2261   ret i1 %cmp
2262 }
2263
2264 Can be folded to (x & 2) != 0.
2265
2266 SimplifyDemandedBits shrinks the "and" constant to 2 but instcombine misses the
2267 icmp transform.
2268
2269 //===---------------------------------------------------------------------===//
2270
2271 This code:
2272
2273 typedef struct {
2274 int f1:1;
2275 int f2:1;
2276 int f3:1;
2277 int f4:29;
2278 } t1;
2279
2280 typedef struct {
2281 int f1:1;
2282 int f2:1;
2283 int f3:30;
2284 } t2;
2285
2286 t1 s1;
2287 t2 s2;
2288
2289 void func1(void)
2290 {
2291 s1.f1 = s2.f1;
2292 s1.f2 = s2.f2;
2293 }
2294
2295 Compiles into this IR (on x86-64 at least):
2296
2297 %struct.t1 = type { i8, [3 x i8] }
2298 @s2 = global %struct.t1 zeroinitializer, align 4
2299 @s1 = global %struct.t1 zeroinitializer, align 4
2300 define void @func1() nounwind ssp noredzone {
2301 entry:
2302   %0 = load i32* bitcast (%struct.t1* @s2 to i32*), align 4
2303   %bf.val.sext5 = and i32 %0, 1
2304   %1 = load i32* bitcast (%struct.t1* @s1 to i32*), align 4
2305   %2 = and i32 %1, -4
2306   %3 = or i32 %2, %bf.val.sext5
2307   %bf.val.sext26 = and i32 %0, 2
2308   %4 = or i32 %3, %bf.val.sext26
2309   store i32 %4, i32* bitcast (%struct.t1* @s1 to i32*), align 4
2310   ret void
2311 }
2312
2313 The two or/and's should be merged into one each.
2314
2315 //===---------------------------------------------------------------------===//
2316
2317 Machine level code hoisting can be useful in some cases.  For example, PR9408
2318 is about:
2319
2320 typedef union {
2321  void (*f1)(int);
2322  void (*f2)(long);
2323 } funcs;
2324
2325 void foo(funcs f, int which) {
2326  int a = 5;
2327  if (which) {
2328    f.f1(a);
2329  } else {
2330    f.f2(a);
2331  }
2332 }
2333
2334 which we compile to:
2335
2336 foo:                                    # @foo
2337 # BB#0:                                 # %entry
2338        pushq   %rbp
2339        movq    %rsp, %rbp
2340        testl   %esi, %esi
2341        movq    %rdi, %rax
2342        je      .LBB0_2
2343 # BB#1:                                 # %if.then
2344        movl    $5, %edi
2345        callq   *%rax
2346        popq    %rbp
2347        ret
2348 .LBB0_2:                                # %if.else
2349        movl    $5, %edi
2350        callq   *%rax
2351        popq    %rbp
2352        ret
2353
2354 Note that bb1 and bb2 are the same.  This doesn't happen at the IR level
2355 because one call is passing an i32 and the other is passing an i64.
2356
2357 //===---------------------------------------------------------------------===//
2358
2359 I see this sort of pattern in 176.gcc in a few places (e.g. the start of
2360 store_bit_field).  The rem should be replaced with a multiply and subtract:
2361
2362   %3 = sdiv i32 %A, %B
2363   %4 = srem i32 %A, %B
2364
2365 Similarly for udiv/urem.  Note that this shouldn't be done on X86 or ARM,
2366 which can do this in a single operation (instruction or libcall).  It is
2367 probably best to do this in the code generator.
2368
2369 //===---------------------------------------------------------------------===//
2370
2371 unsigned foo(unsigned x, unsigned y) { return (x & y) == 0 || x == 0; }
2372 should fold to (x & y) == 0.
2373
2374 //===---------------------------------------------------------------------===//
2375
2376 unsigned foo(unsigned x, unsigned y) { return x > y && x != 0; }
2377 should fold to x > y.
2378
2379 //===---------------------------------------------------------------------===//
2380
2381 int f(double x) { return __builtin_fabs(x) < 0.0; }
2382 should fold to false.
2383
2384 //===---------------------------------------------------------------------===//