Update README entry.
[oota-llvm.git] / lib / Target / README.txt
1 Target Independent Opportunities:
2
3 //===---------------------------------------------------------------------===//
4
5 With the recent changes to make the implicit def/use set explicit in
6 machineinstrs, we should change the target descriptions for 'call' instructions
7 so that the .td files don't list all the call-clobbered registers as implicit
8 defs.  Instead, these should be added by the code generator (e.g. on the dag).
9
10 This has a number of uses:
11
12 1. PPC32/64 and X86 32/64 can avoid having multiple copies of call instructions
13    for their different impdef sets.
14 2. Targets with multiple calling convs (e.g. x86) which have different clobber
15    sets don't need copies of call instructions.
16 3. 'Interprocedural register allocation' can be done to reduce the clobber sets
17    of calls.
18
19 //===---------------------------------------------------------------------===//
20
21 We should recognized various "overflow detection" idioms and translate them into
22 llvm.uadd.with.overflow and similar intrinsics.  Here is a multiply idiom:
23
24 unsigned int mul(unsigned int a,unsigned int b) {
25  if ((unsigned long long)a*b>0xffffffff)
26    exit(0);
27   return a*b;
28 }
29
30 The legalization code for mul-with-overflow needs to be made more robust before
31 this can be implemented though.
32
33 //===---------------------------------------------------------------------===//
34
35 Get the C front-end to expand hypot(x,y) -> llvm.sqrt(x*x+y*y) when errno and
36 precision don't matter (ffastmath).  Misc/mandel will like this. :)  This isn't
37 safe in general, even on darwin.  See the libm implementation of hypot for
38 examples (which special case when x/y are exactly zero to get signed zeros etc
39 right).
40
41 //===---------------------------------------------------------------------===//
42
43 On targets with expensive 64-bit multiply, we could LSR this:
44
45 for (i = ...; ++i) {
46    x = 1ULL << i;
47
48 into:
49  long long tmp = 1;
50  for (i = ...; ++i, tmp+=tmp)
51    x = tmp;
52
53 This would be a win on ppc32, but not x86 or ppc64.
54
55 //===---------------------------------------------------------------------===//
56
57 Shrink: (setlt (loadi32 P), 0) -> (setlt (loadi8 Phi), 0)
58
59 //===---------------------------------------------------------------------===//
60
61 Reassociate should turn things like:
62
63 int factorial(int X) {
64  return X*X*X*X*X*X*X*X;
65 }
66
67 into llvm.powi calls, allowing the code generator to produce balanced
68 multiplication trees.
69
70 First, the intrinsic needs to be extended to support integers, and second the
71 code generator needs to be enhanced to lower these to multiplication trees.
72
73 //===---------------------------------------------------------------------===//
74
75 Interesting? testcase for add/shift/mul reassoc:
76
77 int bar(int x, int y) {
78   return x*x*x+y+x*x*x*x*x*y*y*y*y;
79 }
80 int foo(int z, int n) {
81   return bar(z, n) + bar(2*z, 2*n);
82 }
83
84 This is blocked on not handling X*X*X -> powi(X, 3) (see note above).  The issue
85 is that we end up getting t = 2*X  s = t*t   and don't turn this into 4*X*X,
86 which is the same number of multiplies and is canonical, because the 2*X has
87 multiple uses.  Here's a simple example:
88
89 define i32 @test15(i32 %X1) {
90   %B = mul i32 %X1, 47   ; X1*47
91   %C = mul i32 %B, %B
92   ret i32 %C
93 }
94
95
96 //===---------------------------------------------------------------------===//
97
98 Reassociate should handle the example in GCC PR16157:
99
100 extern int a0, a1, a2, a3, a4; extern int b0, b1, b2, b3, b4; 
101 void f () {  /* this can be optimized to four additions... */ 
102         b4 = a4 + a3 + a2 + a1 + a0; 
103         b3 = a3 + a2 + a1 + a0; 
104         b2 = a2 + a1 + a0; 
105         b1 = a1 + a0; 
106
107
108 This requires reassociating to forms of expressions that are already available,
109 something that reassoc doesn't think about yet.
110
111
112 //===---------------------------------------------------------------------===//
113
114 This function: (derived from GCC PR19988)
115 double foo(double x, double y) {
116   return ((x + 0.1234 * y) * (x + -0.1234 * y));
117 }
118
119 compiles to:
120 _foo:
121         movapd  %xmm1, %xmm2
122         mulsd   LCPI1_1(%rip), %xmm1
123         mulsd   LCPI1_0(%rip), %xmm2
124         addsd   %xmm0, %xmm1
125         addsd   %xmm0, %xmm2
126         movapd  %xmm1, %xmm0
127         mulsd   %xmm2, %xmm0
128         ret
129
130 Reassociate should be able to turn it into:
131
132 double foo(double x, double y) {
133   return ((x + 0.1234 * y) * (x - 0.1234 * y));
134 }
135
136 Which allows the multiply by constant to be CSE'd, producing:
137
138 _foo:
139         mulsd   LCPI1_0(%rip), %xmm1
140         movapd  %xmm1, %xmm2
141         addsd   %xmm0, %xmm2
142         subsd   %xmm1, %xmm0
143         mulsd   %xmm2, %xmm0
144         ret
145
146 This doesn't need -ffast-math support at all.  This is particularly bad because
147 the llvm-gcc frontend is canonicalizing the later into the former, but clang
148 doesn't have this problem.
149
150 //===---------------------------------------------------------------------===//
151
152 These two functions should generate the same code on big-endian systems:
153
154 int g(int *j,int *l)  {  return memcmp(j,l,4);  }
155 int h(int *j, int *l) {  return *j - *l; }
156
157 this could be done in SelectionDAGISel.cpp, along with other special cases,
158 for 1,2,4,8 bytes.
159
160 //===---------------------------------------------------------------------===//
161
162 It would be nice to revert this patch:
163 http://lists.cs.uiuc.edu/pipermail/llvm-commits/Week-of-Mon-20060213/031986.html
164
165 And teach the dag combiner enough to simplify the code expanded before 
166 legalize.  It seems plausible that this knowledge would let it simplify other
167 stuff too.
168
169 //===---------------------------------------------------------------------===//
170
171 For vector types, TargetData.cpp::getTypeInfo() returns alignment that is equal
172 to the type size. It works but can be overly conservative as the alignment of
173 specific vector types are target dependent.
174
175 //===---------------------------------------------------------------------===//
176
177 We should produce an unaligned load from code like this:
178
179 v4sf example(float *P) {
180   return (v4sf){P[0], P[1], P[2], P[3] };
181 }
182
183 //===---------------------------------------------------------------------===//
184
185 Add support for conditional increments, and other related patterns.  Instead
186 of:
187
188         movl 136(%esp), %eax
189         cmpl $0, %eax
190         je LBB16_2      #cond_next
191 LBB16_1:        #cond_true
192         incl _foo
193 LBB16_2:        #cond_next
194
195 emit:
196         movl    _foo, %eax
197         cmpl    $1, %edi
198         sbbl    $-1, %eax
199         movl    %eax, _foo
200
201 //===---------------------------------------------------------------------===//
202
203 Combine: a = sin(x), b = cos(x) into a,b = sincos(x).
204
205 Expand these to calls of sin/cos and stores:
206       double sincos(double x, double *sin, double *cos);
207       float sincosf(float x, float *sin, float *cos);
208       long double sincosl(long double x, long double *sin, long double *cos);
209
210 Doing so could allow SROA of the destination pointers.  See also:
211 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=17687
212
213 This is now easily doable with MRVs.  We could even make an intrinsic for this
214 if anyone cared enough about sincos.
215
216 //===---------------------------------------------------------------------===//
217
218 quantum_sigma_x in 462.libquantum contains the following loop:
219
220       for(i=0; i<reg->size; i++)
221         {
222           /* Flip the target bit of each basis state */
223           reg->node[i].state ^= ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
224         } 
225
226 Where MAX_UNSIGNED/state is a 64-bit int.  On a 32-bit platform it would be just
227 so cool to turn it into something like:
228
229    long long Res = ((MAX_UNSIGNED) 1 << target);
230    if (target < 32) {
231      for(i=0; i<reg->size; i++)
232        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFFULL;
233    } else {
234      for(i=0; i<reg->size; i++)
235        reg->node[i].state ^= Res & 0xFFFFFFFF00000000ULL
236    }
237    
238 ... which would only do one 32-bit XOR per loop iteration instead of two.
239
240 It would also be nice to recognize the reg->size doesn't alias reg->node[i], but
241 this requires TBAA.
242
243 //===---------------------------------------------------------------------===//
244
245 This isn't recognized as bswap by instcombine (yes, it really is bswap):
246
247 unsigned long reverse(unsigned v) {
248     unsigned t;
249     t = v ^ ((v << 16) | (v >> 16));
250     t &= ~0xff0000;
251     v = (v << 24) | (v >> 8);
252     return v ^ (t >> 8);
253 }
254
255 //===---------------------------------------------------------------------===//
256
257 [LOOP RECOGNITION]
258
259 These idioms should be recognized as popcount (see PR1488):
260
261 unsigned countbits_slow(unsigned v) {
262   unsigned c;
263   for (c = 0; v; v >>= 1)
264     c += v & 1;
265   return c;
266 }
267 unsigned countbits_fast(unsigned v){
268   unsigned c;
269   for (c = 0; v; c++)
270     v &= v - 1; // clear the least significant bit set
271   return c;
272 }
273
274 BITBOARD = unsigned long long
275 int PopCnt(register BITBOARD a) {
276   register int c=0;
277   while(a) {
278     c++;
279     a &= a - 1;
280   }
281   return c;
282 }
283 unsigned int popcount(unsigned int input) {
284   unsigned int count = 0;
285   for (unsigned int i =  0; i < 4 * 8; i++)
286     count += (input >> i) & i;
287   return count;
288 }
289
290 This sort of thing should be added to the loop idiom pass.
291
292 //===---------------------------------------------------------------------===//
293
294 These should turn into single 16-bit (unaligned?) loads on little/big endian
295 processors.
296
297 unsigned short read_16_le(const unsigned char *adr) {
298   return adr[0] | (adr[1] << 8);
299 }
300 unsigned short read_16_be(const unsigned char *adr) {
301   return (adr[0] << 8) | adr[1];
302 }
303
304 //===---------------------------------------------------------------------===//
305
306 -instcombine should handle this transform:
307    icmp pred (sdiv X / C1 ), C2
308 when X, C1, and C2 are unsigned.  Similarly for udiv and signed operands. 
309
310 Currently InstCombine avoids this transform but will do it when the signs of
311 the operands and the sign of the divide match. See the FIXME in 
312 InstructionCombining.cpp in the visitSetCondInst method after the switch case 
313 for Instruction::UDiv (around line 4447) for more details.
314
315 The SingleSource/Benchmarks/Shootout-C++/hash and hash2 tests have examples of
316 this construct. 
317
318 //===---------------------------------------------------------------------===//
319
320 [LOOP OPTIMIZATION]
321
322 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c shows several interesting optimization
323 opportunities in its double_array_divs_variable function: it needs loop
324 interchange, memory promotion (which LICM already does), vectorization and
325 variable trip count loop unrolling (since it has a constant trip count). ICC
326 apparently produces this very nice code with -ffast-math:
327
328 ..B1.70:                        # Preds ..B1.70 ..B1.69
329        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
330        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
331        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
332        mulpd     %xmm0, %xmm1                                  #108.2
333        addl      $8, %edx                                      #
334        cmpl      $131072, %edx                                 #108.2
335        jb        ..B1.70       # Prob 99%                      #108.2
336
337 It would be better to count down to zero, but this is a lot better than what we
338 do.
339
340 //===---------------------------------------------------------------------===//
341
342 Consider:
343
344 typedef unsigned U32;
345 typedef unsigned long long U64;
346 int test (U32 *inst, U64 *regs) {
347     U64 effective_addr2;
348     U32 temp = *inst;
349     int r1 = (temp >> 20) & 0xf;
350     int b2 = (temp >> 16) & 0xf;
351     effective_addr2 = temp & 0xfff;
352     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
353     b2 = (temp >> 12) & 0xf;
354     if (b2) effective_addr2 += regs[b2];
355     effective_addr2 &= regs[4];
356      if ((effective_addr2 & 3) == 0)
357         return 1;
358     return 0;
359 }
360
361 Note that only the low 2 bits of effective_addr2 are used.  On 32-bit systems,
362 we don't eliminate the computation of the top half of effective_addr2 because
363 we don't have whole-function selection dags.  On x86, this means we use one
364 extra register for the function when effective_addr2 is declared as U64 than
365 when it is declared U32.
366
367 PHI Slicing could be extended to do this.
368
369 //===---------------------------------------------------------------------===//
370
371 LSR should know what GPR types a target has from TargetData.  This code:
372
373 volatile short X, Y; // globals
374
375 void foo(int N) {
376   int i;
377   for (i = 0; i < N; i++) { X = i; Y = i*4; }
378 }
379
380 produces two near identical IV's (after promotion) on PPC/ARM:
381
382 LBB1_2:
383         ldr r3, LCPI1_0
384         ldr r3, [r3]
385         strh r2, [r3]
386         ldr r3, LCPI1_1
387         ldr r3, [r3]
388         strh r1, [r3]
389         add r1, r1, #4
390         add r2, r2, #1   <- [0,+,1]
391         sub r0, r0, #1   <- [0,-,1]
392         cmp r0, #0
393         bne LBB1_2
394
395 LSR should reuse the "+" IV for the exit test.
396
397 //===---------------------------------------------------------------------===//
398
399 Tail call elim should be more aggressive, checking to see if the call is
400 followed by an uncond branch to an exit block.
401
402 ; This testcase is due to tail-duplication not wanting to copy the return
403 ; instruction into the terminating blocks because there was other code
404 ; optimized out of the function after the taildup happened.
405 ; RUN: llvm-as < %s | opt -tailcallelim | llvm-dis | not grep call
406
407 define i32 @t4(i32 %a) {
408 entry:
409         %tmp.1 = and i32 %a, 1          ; <i32> [#uses=1]
410         %tmp.2 = icmp ne i32 %tmp.1, 0          ; <i1> [#uses=1]
411         br i1 %tmp.2, label %then.0, label %else.0
412
413 then.0:         ; preds = %entry
414         %tmp.5 = add i32 %a, -1         ; <i32> [#uses=1]
415         %tmp.3 = call i32 @t4( i32 %tmp.5 )             ; <i32> [#uses=1]
416         br label %return
417
418 else.0:         ; preds = %entry
419         %tmp.7 = icmp ne i32 %a, 0              ; <i1> [#uses=1]
420         br i1 %tmp.7, label %then.1, label %return
421
422 then.1:         ; preds = %else.0
423         %tmp.11 = add i32 %a, -2                ; <i32> [#uses=1]
424         %tmp.9 = call i32 @t4( i32 %tmp.11 )            ; <i32> [#uses=1]
425         br label %return
426
427 return:         ; preds = %then.1, %else.0, %then.0
428         %result.0 = phi i32 [ 0, %else.0 ], [ %tmp.3, %then.0 ],
429                             [ %tmp.9, %then.1 ]
430         ret i32 %result.0
431 }
432
433 //===---------------------------------------------------------------------===//
434
435 Tail recursion elimination should handle:
436
437 int pow2m1(int n) {
438  if (n == 0)
439    return 0;
440  return 2 * pow2m1 (n - 1) + 1;
441 }
442
443 Also, multiplies can be turned into SHL's, so they should be handled as if
444 they were associative.  "return foo() << 1" can be tail recursion eliminated.
445
446 //===---------------------------------------------------------------------===//
447
448 Argument promotion should promote arguments for recursive functions, like 
449 this:
450
451 ; RUN: llvm-as < %s | opt -argpromotion | llvm-dis | grep x.val
452
453 define internal i32 @foo(i32* %x) {
454 entry:
455         %tmp = load i32* %x             ; <i32> [#uses=0]
456         %tmp.foo = call i32 @foo( i32* %x )             ; <i32> [#uses=1]
457         ret i32 %tmp.foo
458 }
459
460 define i32 @bar(i32* %x) {
461 entry:
462         %tmp3 = call i32 @foo( i32* %x )                ; <i32> [#uses=1]
463         ret i32 %tmp3
464 }
465
466 //===---------------------------------------------------------------------===//
467
468 We should investigate an instruction sinking pass.  Consider this silly
469 example in pic mode:
470
471 #include <assert.h>
472 void foo(int x) {
473   assert(x);
474   //...
475 }
476
477 we compile this to:
478 _foo:
479         subl    $28, %esp
480         call    "L1$pb"
481 "L1$pb":
482         popl    %eax
483         cmpl    $0, 32(%esp)
484         je      LBB1_2  # cond_true
485 LBB1_1: # return
486         # ...
487         addl    $28, %esp
488         ret
489 LBB1_2: # cond_true
490 ...
491
492 The PIC base computation (call+popl) is only used on one path through the 
493 code, but is currently always computed in the entry block.  It would be 
494 better to sink the picbase computation down into the block for the 
495 assertion, as it is the only one that uses it.  This happens for a lot of 
496 code with early outs.
497
498 Another example is loads of arguments, which are usually emitted into the 
499 entry block on targets like x86.  If not used in all paths through a 
500 function, they should be sunk into the ones that do.
501
502 In this case, whole-function-isel would also handle this.
503
504 //===---------------------------------------------------------------------===//
505
506 Investigate lowering of sparse switch statements into perfect hash tables:
507 http://burtleburtle.net/bob/hash/perfect.html
508
509 //===---------------------------------------------------------------------===//
510
511 We should turn things like "load+fabs+store" and "load+fneg+store" into the
512 corresponding integer operations.  On a yonah, this loop:
513
514 double a[256];
515 void foo() {
516   int i, b;
517   for (b = 0; b < 10000000; b++)
518   for (i = 0; i < 256; i++)
519     a[i] = -a[i];
520 }
521
522 is twice as slow as this loop:
523
524 long long a[256];
525 void foo() {
526   int i, b;
527   for (b = 0; b < 10000000; b++)
528   for (i = 0; i < 256; i++)
529     a[i] ^= (1ULL << 63);
530 }
531
532 and I suspect other processors are similar.  On X86 in particular this is a
533 big win because doing this with integers allows the use of read/modify/write
534 instructions.
535
536 //===---------------------------------------------------------------------===//
537
538 DAG Combiner should try to combine small loads into larger loads when 
539 profitable.  For example, we compile this C++ example:
540
541 struct THotKey { short Key; bool Control; bool Shift; bool Alt; };
542 extern THotKey m_HotKey;
543 THotKey GetHotKey () { return m_HotKey; }
544
545 into (-m64 -O3 -fno-exceptions -static -fomit-frame-pointer):
546
547 __Z9GetHotKeyv:                         ## @_Z9GetHotKeyv
548         movq    _m_HotKey@GOTPCREL(%rip), %rax
549         movzwl  (%rax), %ecx
550         movzbl  2(%rax), %edx
551         shlq    $16, %rdx
552         orq     %rcx, %rdx
553         movzbl  3(%rax), %ecx
554         shlq    $24, %rcx
555         orq     %rdx, %rcx
556         movzbl  4(%rax), %eax
557         shlq    $32, %rax
558         orq     %rcx, %rax
559         ret
560
561 //===---------------------------------------------------------------------===//
562
563 We should add an FRINT node to the DAG to model targets that have legal
564 implementations of ceil/floor/rint.
565
566 //===---------------------------------------------------------------------===//
567
568 Consider:
569
570 int test() {
571   long long input[8] = {1,0,1,0,1,0,1,0};
572   foo(input);
573 }
574
575 Clang compiles this into:
576
577   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %tmp, i8 0, i64 64, i32 16, i1 false)
578   %0 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 0
579   store i64 1, i64* %0, align 16
580   %1 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 2
581   store i64 1, i64* %1, align 16
582   %2 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 4
583   store i64 1, i64* %2, align 16
584   %3 = getelementptr [8 x i64]* %input, i64 0, i64 6
585   store i64 1, i64* %3, align 16
586
587 Which gets codegen'd into:
588
589         pxor    %xmm0, %xmm0
590         movaps  %xmm0, -16(%rbp)
591         movaps  %xmm0, -32(%rbp)
592         movaps  %xmm0, -48(%rbp)
593         movaps  %xmm0, -64(%rbp)
594         movq    $1, -64(%rbp)
595         movq    $1, -48(%rbp)
596         movq    $1, -32(%rbp)
597         movq    $1, -16(%rbp)
598
599 It would be better to have 4 movq's of 0 instead of the movaps's.
600
601 //===---------------------------------------------------------------------===//
602
603 http://llvm.org/PR717:
604
605 The following code should compile into "ret int undef". Instead, LLVM
606 produces "ret int 0":
607
608 int f() {
609   int x = 4;
610   int y;
611   if (x == 3) y = 0;
612   return y;
613 }
614
615 //===---------------------------------------------------------------------===//
616
617 The loop unroller should partially unroll loops (instead of peeling them)
618 when code growth isn't too bad and when an unroll count allows simplification
619 of some code within the loop.  One trivial example is:
620
621 #include <stdio.h>
622 int main() {
623     int nRet = 17;
624     int nLoop;
625     for ( nLoop = 0; nLoop < 1000; nLoop++ ) {
626         if ( nLoop & 1 )
627             nRet += 2;
628         else
629             nRet -= 1;
630     }
631     return nRet;
632 }
633
634 Unrolling by 2 would eliminate the '&1' in both copies, leading to a net
635 reduction in code size.  The resultant code would then also be suitable for
636 exit value computation.
637
638 //===---------------------------------------------------------------------===//
639
640 We miss a bunch of rotate opportunities on various targets, including ppc, x86,
641 etc.  On X86, we miss a bunch of 'rotate by variable' cases because the rotate
642 matching code in dag combine doesn't look through truncates aggressively 
643 enough.  Here are some testcases reduces from GCC PR17886:
644
645 unsigned long long f5(unsigned long long x, unsigned long long y) {
646   return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
647 }
648 unsigned long long f6(unsigned long long x, unsigned long long y, int z) {
649   switch(z) {
650   case 1:
651     return (x << 8) | ((y >> 48) & 0xffull);
652   case 2:
653     return (x << 16) | ((y >> 40) & 0xffffull);
654   case 3:
655     return (x << 24) | ((y >> 32) & 0xffffffull);
656   case 4:
657     return (x << 32) | ((y >> 24) & 0xffffffffull);
658   default:
659     return (x << 40) | ((y >> 16) & 0xffffffffffull);
660   }
661 }
662
663 //===---------------------------------------------------------------------===//
664
665 This (and similar related idioms):
666
667 unsigned int foo(unsigned char i) {
668   return i | (i<<8) | (i<<16) | (i<<24);
669
670
671 compiles into:
672
673 define i32 @foo(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
674 entry:
675   %conv = zext i8 %i to i32
676   %shl = shl i32 %conv, 8
677   %shl5 = shl i32 %conv, 16
678   %shl9 = shl i32 %conv, 24
679   %or = or i32 %shl9, %conv
680   %or6 = or i32 %or, %shl5
681   %or10 = or i32 %or6, %shl
682   ret i32 %or10
683 }
684
685 it would be better as:
686
687 unsigned int bar(unsigned char i) {
688   unsigned int j=i | (i << 8); 
689   return j | (j<<16);
690 }
691
692 aka:
693
694 define i32 @bar(i8 zeroext %i) nounwind readnone ssp noredzone {
695 entry:
696   %conv = zext i8 %i to i32
697   %shl = shl i32 %conv, 8
698   %or = or i32 %shl, %conv
699   %shl5 = shl i32 %or, 16
700   %or6 = or i32 %shl5, %or
701   ret i32 %or6
702 }
703
704 or even i*0x01010101, depending on the speed of the multiplier.  The best way to
705 handle this is to canonicalize it to a multiply in IR and have codegen handle
706 lowering multiplies to shifts on cpus where shifts are faster.
707
708 //===---------------------------------------------------------------------===//
709
710 We do a number of simplifications in simplify libcalls to strength reduce
711 standard library functions, but we don't currently merge them together.  For
712 example, it is useful to merge memcpy(a,b,strlen(b)) -> strcpy.  This can only
713 be done safely if "b" isn't modified between the strlen and memcpy of course.
714
715 //===---------------------------------------------------------------------===//
716
717 We compile this program: (from GCC PR11680)
718 http://gcc.gnu.org/bugzilla/attachment.cgi?id=4487
719
720 Into code that runs the same speed in fast/slow modes, but both modes run 2x
721 slower than when compile with GCC (either 4.0 or 4.2):
722
723 $ llvm-g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
724 $ time ./a.out fast
725 1.821u 0.003s 0:01.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
726
727 $ g++ perf.cpp -O3 -fno-exceptions
728 $ time ./a.out fast
729 0.821u 0.001s 0:00.82 100.0%    0+0k 0+0io 0pf+0w
730
731 It looks like we are making the same inlining decisions, so this may be raw
732 codegen badness or something else (haven't investigated).
733
734 //===---------------------------------------------------------------------===//
735
736 We miss some instcombines for stuff like this:
737 void bar (void);
738 void foo (unsigned int a) {
739   /* This one is equivalent to a >= (3 << 2).  */
740   if ((a >> 2) >= 3)
741     bar ();
742 }
743
744 A few other related ones are in GCC PR14753.
745
746 //===---------------------------------------------------------------------===//
747
748 Divisibility by constant can be simplified (according to GCC PR12849) from
749 being a mulhi to being a mul lo (cheaper).  Testcase:
750
751 void bar(unsigned n) {
752   if (n % 3 == 0)
753     true();
754 }
755
756 This is equivalent to the following, where 2863311531 is the multiplicative
757 inverse of 3, and 1431655766 is ((2^32)-1)/3+1:
758 void bar(unsigned n) {
759   if (n * 2863311531U < 1431655766U)
760     true();
761 }
762
763 The same transformation can work with an even modulo with the addition of a
764 rotate: rotate the result of the multiply to the right by the number of bits
765 which need to be zero for the condition to be true, and shrink the compare RHS
766 by the same amount.  Unless the target supports rotates, though, that
767 transformation probably isn't worthwhile.
768
769 The transformation can also easily be made to work with non-zero equality
770 comparisons: just transform, for example, "n % 3 == 1" to "(n-1) % 3 == 0".
771
772 //===---------------------------------------------------------------------===//
773
774 Better mod/ref analysis for scanf would allow us to eliminate the vtable and a
775 bunch of other stuff from this example (see PR1604): 
776
777 #include <cstdio>
778 struct test {
779     int val;
780     virtual ~test() {}
781 };
782
783 int main() {
784     test t;
785     std::scanf("%d", &t.val);
786     std::printf("%d\n", t.val);
787 }
788
789 //===---------------------------------------------------------------------===//
790
791 These functions perform the same computation, but produce different assembly.
792
793 define i8 @select(i8 %x) readnone nounwind {
794   %A = icmp ult i8 %x, 250
795   %B = select i1 %A, i8 0, i8 1
796   ret i8 %B 
797 }
798
799 define i8 @addshr(i8 %x) readnone nounwind {
800   %A = zext i8 %x to i9
801   %B = add i9 %A, 6       ;; 256 - 250 == 6
802   %C = lshr i9 %B, 8
803   %D = trunc i9 %C to i8
804   ret i8 %D
805 }
806
807 //===---------------------------------------------------------------------===//
808
809 From gcc bug 24696:
810 int
811 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
812 {
813   return ((a & (c - 1)) != 0) || ((b & (c - 1)) != 0);
814 }
815 int
816 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
817 {
818   return ((a & (c - 1)) != 0) | ((b & (c - 1)) != 0);
819 }
820 Both should combine to ((a|b) & (c-1)) != 0.  Currently not optimized with
821 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
822
823 //===---------------------------------------------------------------------===//
824
825 From GCC Bug 20192:
826 #define PMD_MASK    (~((1UL << 23) - 1))
827 void clear_pmd_range(unsigned long start, unsigned long end)
828 {
829    if (!(start & ~PMD_MASK) && !(end & ~PMD_MASK))
830        f();
831 }
832 The expression should optimize to something like
833 "!((start|end)&~PMD_MASK). Currently not optimized with "clang
834 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
835
836 //===---------------------------------------------------------------------===//
837
838 unsigned int f(unsigned int i, unsigned int n) {++i; if (i == n) ++i; return
839 i;}
840 unsigned int f2(unsigned int i, unsigned int n) {++i; i += i == n; return i;}
841 These should combine to the same thing.  Currently, the first function
842 produces better code on X86.
843
844 //===---------------------------------------------------------------------===//
845
846 From GCC Bug 15784:
847 #define abs(x) x>0?x:-x
848 int f(int x, int y)
849 {
850  return (abs(x)) >= 0;
851 }
852 This should optimize to x == INT_MIN. (With -fwrapv.)  Currently not
853 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
854
855 //===---------------------------------------------------------------------===//
856
857 From GCC Bug 14753:
858 void
859 rotate_cst (unsigned int a)
860 {
861  a = (a << 10) | (a >> 22);
862  if (a == 123)
863    bar ();
864 }
865 void
866 minus_cst (unsigned int a)
867 {
868  unsigned int tem;
869
870  tem = 20 - a;
871  if (tem == 5)
872    bar ();
873 }
874 void
875 mask_gt (unsigned int a)
876 {
877  /* This is equivalent to a > 15.  */
878  if ((a & ~7) > 8)
879    bar ();
880 }
881 void
882 rshift_gt (unsigned int a)
883 {
884  /* This is equivalent to a > 23.  */
885  if ((a >> 2) > 5)
886    bar ();
887 }
888 All should simplify to a single comparison.  All of these are
889 currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt
890 -std-compile-opts".
891
892 //===---------------------------------------------------------------------===//
893
894 From GCC Bug 32605:
895 int c(int* x) {return (char*)x+2 == (char*)x;}
896 Should combine to 0.  Currently not optimized with "clang
897 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts" (although llc can optimize it).
898
899 //===---------------------------------------------------------------------===//
900
901 int a(unsigned b) {return ((b << 31) | (b << 30)) >> 31;}
902 Should be combined to  "((b >> 1) | b) & 1".  Currently not optimized
903 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
904
905 //===---------------------------------------------------------------------===//
906
907 unsigned a(unsigned x, unsigned y) { return x | (y & 1) | (y & 2);}
908 Should combine to "x | (y & 3)".  Currently not optimized with "clang
909 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
910
911 //===---------------------------------------------------------------------===//
912
913 int a(int a, int b, int c) {return (~a & c) | ((c|a) & b);}
914 Should fold to "(~a & c) | (a & b)".  Currently not optimized with
915 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
916
917 //===---------------------------------------------------------------------===//
918
919 int a(int a,int b) {return (~(a|b))|a;}
920 Should fold to "a|~b".  Currently not optimized with "clang
921 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
922
923 //===---------------------------------------------------------------------===//
924
925 int a(int a, int b) {return (a&&b) || (a&&!b);}
926 Should fold to "a".  Currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc
927 | opt -std-compile-opts".
928
929 //===---------------------------------------------------------------------===//
930
931 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (!a&&c);}
932 Should fold to "a ? b : c", or at least something sane.  Currently not
933 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
934
935 //===---------------------------------------------------------------------===//
936
937 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (a&&c) || (a&&b&&c);}
938 Should fold to a && (b || c).  Currently not optimized with "clang
939 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
940
941 //===---------------------------------------------------------------------===//
942
943 int a(int x) {return x | ((x & 8) ^ 8);}
944 Should combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
945 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
946
947 //===---------------------------------------------------------------------===//
948
949 int a(int x) {return x ^ ((x & 8) ^ 8);}
950 Should also combine to x | 8.  Currently not optimized with "clang
951 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
952
953 //===---------------------------------------------------------------------===//
954
955 int a(int x) {return ((x | -9) ^ 8) & x;}
956 Should combine to x & -9.  Currently not optimized with "clang
957 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
958
959 //===---------------------------------------------------------------------===//
960
961 unsigned a(unsigned a) {return a * 0x11111111 >> 28 & 1;}
962 Should combine to "a * 0x88888888 >> 31".  Currently not optimized
963 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
964
965 //===---------------------------------------------------------------------===//
966
967 unsigned a(char* x) {if ((*x & 32) == 0) return b();}
968 There's an unnecessary zext in the generated code with "clang
969 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
970
971 //===---------------------------------------------------------------------===//
972
973 unsigned a(unsigned long long x) {return 40 * (x >> 1);}
974 Should combine to "20 * (((unsigned)x) & -2)".  Currently not
975 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
976
977 //===---------------------------------------------------------------------===//
978
979 This was noticed in the entryblock for grokdeclarator in 403.gcc:
980
981         %tmp = icmp eq i32 %decl_context, 4          
982         %decl_context_addr.0 = select i1 %tmp, i32 3, i32 %decl_context 
983         %tmp1 = icmp eq i32 %decl_context_addr.0, 1 
984         %decl_context_addr.1 = select i1 %tmp1, i32 0, i32 %decl_context_addr.0
985
986 tmp1 should be simplified to something like:
987   (!tmp || decl_context == 1)
988
989 This allows recursive simplifications, tmp1 is used all over the place in
990 the function, e.g. by:
991
992         %tmp23 = icmp eq i32 %decl_context_addr.1, 0            ; <i1> [#uses=1]
993         %tmp24 = xor i1 %tmp1, true             ; <i1> [#uses=1]
994         %or.cond8 = and i1 %tmp23, %tmp24               ; <i1> [#uses=1]
995
996 later.
997
998 //===---------------------------------------------------------------------===//
999
1000 [STORE SINKING]
1001
1002 Store sinking: This code:
1003
1004 void f (int n, int *cond, int *res) {
1005     int i;
1006     *res = 0;
1007     for (i = 0; i < n; i++)
1008         if (*cond)
1009             *res ^= 234; /* (*) */
1010 }
1011
1012 On this function GVN hoists the fully redundant value of *res, but nothing
1013 moves the store out.  This gives us this code:
1014
1015 bb:             ; preds = %bb2, %entry
1016         %.rle = phi i32 [ 0, %entry ], [ %.rle6, %bb2 ] 
1017         %i.05 = phi i32 [ 0, %entry ], [ %indvar.next, %bb2 ]
1018         %1 = load i32* %cond, align 4
1019         %2 = icmp eq i32 %1, 0
1020         br i1 %2, label %bb2, label %bb1
1021
1022 bb1:            ; preds = %bb
1023         %3 = xor i32 %.rle, 234 
1024         store i32 %3, i32* %res, align 4
1025         br label %bb2
1026
1027 bb2:            ; preds = %bb, %bb1
1028         %.rle6 = phi i32 [ %3, %bb1 ], [ %.rle, %bb ]   
1029         %indvar.next = add i32 %i.05, 1 
1030         %exitcond = icmp eq i32 %indvar.next, %n
1031         br i1 %exitcond, label %return, label %bb
1032
1033 DSE should sink partially dead stores to get the store out of the loop.
1034
1035 Here's another partial dead case:
1036 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12395
1037
1038 //===---------------------------------------------------------------------===//
1039
1040 Scalar PRE hoists the mul in the common block up to the else:
1041
1042 int test (int a, int b, int c, int g) {
1043   int d, e;
1044   if (a)
1045     d = b * c;
1046   else
1047     d = b - c;
1048   e = b * c + g;
1049   return d + e;
1050 }
1051
1052 It would be better to do the mul once to reduce codesize above the if.
1053 This is GCC PR38204.
1054
1055
1056 //===---------------------------------------------------------------------===//
1057 This simple function from 179.art:
1058
1059 int winner, numf2s;
1060 struct { double y; int   reset; } *Y;
1061
1062 void find_match() {
1063    int i;
1064    winner = 0;
1065    for (i=0;i<numf2s;i++)
1066        if (Y[i].y > Y[winner].y)
1067               winner =i;
1068 }
1069
1070 Compiles into (with clang TBAA):
1071
1072 for.body:                                         ; preds = %for.inc, %bb.nph
1073   %indvar = phi i64 [ 0, %bb.nph ], [ %indvar.next, %for.inc ]
1074   %i.01718 = phi i32 [ 0, %bb.nph ], [ %i.01719, %for.inc ]
1075   %tmp4 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %indvar, i32 0
1076   %tmp5 = load double* %tmp4, align 8, !tbaa !4
1077   %idxprom7 = sext i32 %i.01718 to i64
1078   %tmp10 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %idxprom7, i32 0
1079   %tmp11 = load double* %tmp10, align 8, !tbaa !4
1080   %cmp12 = fcmp ogt double %tmp5, %tmp11
1081   br i1 %cmp12, label %if.then, label %for.inc
1082
1083 if.then:                                          ; preds = %for.body
1084   %i.017 = trunc i64 %indvar to i32
1085   br label %for.inc
1086
1087 for.inc:                                          ; preds = %for.body, %if.then
1088   %i.01719 = phi i32 [ %i.01718, %for.body ], [ %i.017, %if.then ]
1089   %indvar.next = add i64 %indvar, 1
1090   %exitcond = icmp eq i64 %indvar.next, %tmp22
1091   br i1 %exitcond, label %for.cond.for.end_crit_edge, label %for.body
1092
1093
1094 It is good that we hoisted the reloads of numf2's, and Y out of the loop and
1095 sunk the store to winner out.
1096
1097 However, this is awful on several levels: the conditional truncate in the loop
1098 (-indvars at fault? why can't we completely promote the IV to i64?).
1099
1100 Beyond that, we have a partially redundant load in the loop: if "winner" (aka 
1101 %i.01718) isn't updated, we reload Y[winner].y the next time through the loop.
1102 Similarly, the addressing that feeds it (including the sext) is redundant. In
1103 the end we get this generated assembly:
1104
1105 LBB0_2:                                 ## %for.body
1106                                         ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
1107         movsd   (%rdi), %xmm0
1108         movslq  %edx, %r8
1109         shlq    $4, %r8
1110         ucomisd (%rcx,%r8), %xmm0
1111         jbe     LBB0_4
1112         movl    %esi, %edx
1113 LBB0_4:                                 ## %for.inc
1114         addq    $16, %rdi
1115         incq    %rsi
1116         cmpq    %rsi, %rax
1117         jne     LBB0_2
1118
1119 All things considered this isn't too bad, but we shouldn't need the movslq or
1120 the shlq instruction, or the load folded into ucomisd every time through the
1121 loop.
1122
1123 On an x86-specific topic, if the loop can't be restructure, the movl should be a
1124 cmov.
1125
1126 //===---------------------------------------------------------------------===//
1127
1128 [STORE SINKING]
1129
1130 GCC PR37810 is an interesting case where we should sink load/store reload
1131 into the if block and outside the loop, so we don't reload/store it on the
1132 non-call path.
1133
1134 for () {
1135   *P += 1;
1136   if ()
1137     call();
1138   else
1139     ...
1140 ->
1141 tmp = *P
1142 for () {
1143   tmp += 1;
1144   if () {
1145     *P = tmp;
1146     call();
1147     tmp = *P;
1148   } else ...
1149 }
1150 *P = tmp;
1151
1152 We now hoist the reload after the call (Transforms/GVN/lpre-call-wrap.ll), but
1153 we don't sink the store.  We need partially dead store sinking.
1154
1155 //===---------------------------------------------------------------------===//
1156
1157 [LOAD PRE CRIT EDGE SPLITTING]
1158
1159 GCC PR37166: Sinking of loads prevents SROA'ing the "g" struct on the stack
1160 leading to excess stack traffic. This could be handled by GVN with some crazy
1161 symbolic phi translation.  The code we get looks like (g is on the stack):
1162
1163 bb2:            ; preds = %bb1
1164 ..
1165         %9 = getelementptr %struct.f* %g, i32 0, i32 0          
1166         store i32 %8, i32* %9, align  bel %bb3
1167
1168 bb3:            ; preds = %bb1, %bb2, %bb
1169         %c_addr.0 = phi %struct.f* [ %g, %bb2 ], [ %c, %bb ], [ %c, %bb1 ]
1170         %b_addr.0 = phi %struct.f* [ %b, %bb2 ], [ %g, %bb ], [ %b, %bb1 ]
1171         %10 = getelementptr %struct.f* %c_addr.0, i32 0, i32 0
1172         %11 = load i32* %10, align 4
1173
1174 %11 is partially redundant, an in BB2 it should have the value %8.
1175
1176 GCC PR33344 and PR35287 are similar cases.
1177
1178
1179 //===---------------------------------------------------------------------===//
1180
1181 [LOAD PRE]
1182
1183 There are many load PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/loadpre* in the
1184 GCC testsuite, ones we don't get yet are (checked through loadpre25):
1185
1186 [CRIT EDGE BREAKING]
1187 loadpre3.c predcom-4.c
1188
1189 [PRE OF READONLY CALL]
1190 loadpre5.c
1191
1192 [TURN SELECT INTO BRANCH]
1193 loadpre14.c loadpre15.c 
1194
1195 actually a conditional increment: loadpre18.c loadpre19.c
1196
1197 //===---------------------------------------------------------------------===//
1198
1199 [LOAD PRE / STORE SINKING / SPEC HACK]
1200
1201 This is a chunk of code from 456.hmmer:
1202
1203 int f(int M, int *mc, int *mpp, int *tpmm, int *ip, int *tpim, int *dpp,
1204      int *tpdm, int xmb, int *bp, int *ms) {
1205  int k, sc;
1206  for (k = 1; k <= M; k++) {
1207      mc[k] = mpp[k-1]   + tpmm[k-1];
1208      if ((sc = ip[k-1]  + tpim[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1209      if ((sc = dpp[k-1] + tpdm[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1210      if ((sc = xmb  + bp[k])         > mc[k])  mc[k] = sc;
1211      mc[k] += ms[k];
1212    }
1213 }
1214
1215 It is very profitable for this benchmark to turn the conditional stores to mc[k]
1216 into a conditional move (select instr in IR) and allow the final store to do the
1217 store.  See GCC PR27313 for more details.  Note that this is valid to xform even
1218 with the new C++ memory model, since mc[k] is previously loaded and later
1219 stored.
1220
1221 //===---------------------------------------------------------------------===//
1222
1223 [SCALAR PRE]
1224 There are many PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/ssa-pre-*.c in the
1225 GCC testsuite.
1226
1227 //===---------------------------------------------------------------------===//
1228
1229 There are some interesting cases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/pred-comm* in the
1230 GCC testsuite.  For example, we get the first example in predcom-1.c, but 
1231 miss the second one:
1232
1233 unsigned fib[1000];
1234 unsigned avg[1000];
1235
1236 __attribute__ ((noinline))
1237 void count_averages(int n) {
1238   int i;
1239   for (i = 1; i < n; i++)
1240     avg[i] = (((unsigned long) fib[i - 1] + fib[i] + fib[i + 1]) / 3) & 0xffff;
1241 }
1242
1243 which compiles into two loads instead of one in the loop.
1244
1245 predcom-2.c is the same as predcom-1.c
1246
1247 predcom-3.c is very similar but needs loads feeding each other instead of
1248 store->load.
1249
1250
1251 //===---------------------------------------------------------------------===//
1252
1253 [ALIAS ANALYSIS]
1254
1255 Type based alias analysis:
1256 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=14705
1257
1258 We should do better analysis of posix_memalign.  At the least it should
1259 no-capture its pointer argument, at best, we should know that the out-value
1260 result doesn't point to anything (like malloc).  One example of this is in
1261 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c
1262
1263 //===---------------------------------------------------------------------===//
1264
1265 Interesting missed case because of control flow flattening (should be 2 loads):
1266 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=26629
1267 With: llvm-gcc t2.c -S -o - -O0 -emit-llvm | llvm-as | 
1268              opt -mem2reg -gvn -instcombine | llvm-dis
1269 we miss it because we need 1) CRIT EDGE 2) MULTIPLE DIFFERENT
1270 VALS PRODUCED BY ONE BLOCK OVER DIFFERENT PATHS
1271
1272 //===---------------------------------------------------------------------===//
1273
1274 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=19633
1275 We could eliminate the branch condition here, loading from null is undefined:
1276
1277 struct S { int w, x, y, z; };
1278 struct T { int r; struct S s; };
1279 void bar (struct S, int);
1280 void foo (int a, struct T b)
1281 {
1282   struct S *c = 0;
1283   if (a)
1284     c = &b.s;
1285   bar (*c, a);
1286 }
1287
1288 //===---------------------------------------------------------------------===//
1289
1290 simplifylibcalls should do several optimizations for strspn/strcspn:
1291
1292 strcspn(x, "a") -> inlined loop for up to 3 letters (similarly for strspn):
1293
1294 size_t __strcspn_c3 (__const char *__s, int __reject1, int __reject2,
1295                      int __reject3) {
1296   register size_t __result = 0;
1297   while (__s[__result] != '\0' && __s[__result] != __reject1 &&
1298          __s[__result] != __reject2 && __s[__result] != __reject3)
1299     ++__result;
1300   return __result;
1301 }
1302
1303 This should turn into a switch on the character.  See PR3253 for some notes on
1304 codegen.
1305
1306 456.hmmer apparently uses strcspn and strspn a lot.  471.omnetpp uses strspn.
1307
1308 //===---------------------------------------------------------------------===//
1309
1310 "gas" uses this idiom:
1311   else if (strchr ("+-/*%|&^:[]()~", *intel_parser.op_string))
1312 ..
1313   else if (strchr ("<>", *intel_parser.op_string)
1314
1315 Those should be turned into a switch.
1316
1317 //===---------------------------------------------------------------------===//
1318
1319 252.eon contains this interesting code:
1320
1321         %3072 = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 0
1322         %3073 = call i8* @strcpy(i8* %3072, i8* %3071) nounwind
1323         %strlen = call i32 @strlen(i8* %3072)    ; uses = 1
1324         %endptr = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 %strlen
1325         call void @llvm.memcpy.i32(i8* %endptr, 
1326           i8* getelementptr ([5 x i8]* @"\01LC42", i32 0, i32 0), i32 5, i32 1)
1327         %3074 = call i32 @strlen(i8* %endptr) nounwind readonly 
1328         
1329 This is interesting for a couple reasons.  First, in this:
1330
1331 The memcpy+strlen strlen can be replaced with:
1332
1333         %3074 = call i32 @strlen([5 x i8]* @"\01LC42") nounwind readonly 
1334
1335 Because the destination was just copied into the specified memory buffer.  This,
1336 in turn, can be constant folded to "4".
1337
1338 In other code, it contains:
1339
1340         %endptr6978 = bitcast i8* %endptr69 to i32*            
1341         store i32 7107374, i32* %endptr6978, align 1
1342         %3167 = call i32 @strlen(i8* %endptr69) nounwind readonly    
1343
1344 Which could also be constant folded.  Whatever is producing this should probably
1345 be fixed to leave this as a memcpy from a string.
1346
1347 Further, eon also has an interesting partially redundant strlen call:
1348
1349 bb8:            ; preds = %_ZN18eonImageCalculatorC1Ev.exit
1350         %682 = getelementptr i8** %argv, i32 6          ; <i8**> [#uses=2]
1351         %683 = load i8** %682, align 4          ; <i8*> [#uses=4]
1352         %684 = load i8* %683, align 1           ; <i8> [#uses=1]
1353         %685 = icmp eq i8 %684, 0               ; <i1> [#uses=1]
1354         br i1 %685, label %bb10, label %bb9
1355
1356 bb9:            ; preds = %bb8
1357         %686 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1358         %687 = icmp ugt i32 %686, 254           ; <i1> [#uses=1]
1359         br i1 %687, label %bb10, label %bb11
1360
1361 bb10:           ; preds = %bb9, %bb8
1362         %688 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1363
1364 This could be eliminated by doing the strlen once in bb8, saving code size and
1365 improving perf on the bb8->9->10 path.
1366
1367 //===---------------------------------------------------------------------===//
1368
1369 I see an interesting fully redundant call to strlen left in 186.crafty:InputMove
1370 which looks like:
1371        %movetext11 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 0 
1372  
1373
1374 bb62:           ; preds = %bb55, %bb53
1375         %promote.0 = phi i32 [ %169, %bb55 ], [ 0, %bb53 ]             
1376         %171 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1377         %172 = add i32 %171, -1         ; <i32> [#uses=1]
1378         %173 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 %172       
1379
1380 ...  no stores ...
1381        br i1 %or.cond, label %bb65, label %bb72
1382
1383 bb65:           ; preds = %bb62
1384         store i8 0, i8* %173, align 1
1385         br label %bb72
1386
1387 bb72:           ; preds = %bb65, %bb62
1388         %trank.1 = phi i32 [ %176, %bb65 ], [ -1, %bb62 ]            
1389         %177 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1390
1391 Note that on the bb62->bb72 path, that the %177 strlen call is partially
1392 redundant with the %171 call.  At worst, we could shove the %177 strlen call
1393 up into the bb65 block moving it out of the bb62->bb72 path.   However, note
1394 that bb65 stores to the string, zeroing out the last byte.  This means that on
1395 that path the value of %177 is actually just %171-1.  A sub is cheaper than a
1396 strlen!
1397
1398 This pattern repeats several times, basically doing:
1399
1400   A = strlen(P);
1401   P[A-1] = 0;
1402   B = strlen(P);
1403   where it is "obvious" that B = A-1.
1404
1405 //===---------------------------------------------------------------------===//
1406
1407 186.crafty has this interesting pattern with the "out.4543" variable:
1408
1409 call void @llvm.memcpy.i32(
1410         i8* getelementptr ([10 x i8]* @out.4543, i32 0, i32 0),
1411        i8* getelementptr ([7 x i8]* @"\01LC28700", i32 0, i32 0), i32 7, i32 1) 
1412 %101 = call@printf(i8* ...   @out.4543, i32 0, i32 0)) nounwind 
1413
1414 It is basically doing:
1415
1416   memcpy(globalarray, "string");
1417   printf(...,  globalarray);
1418   
1419 Anyway, by knowing that printf just reads the memory and forward substituting
1420 the string directly into the printf, this eliminates reads from globalarray.
1421 Since this pattern occurs frequently in crafty (due to the "DisplayTime" and
1422 other similar functions) there are many stores to "out".  Once all the printfs
1423 stop using "out", all that is left is the memcpy's into it.  This should allow
1424 globalopt to remove the "stored only" global.
1425
1426 //===---------------------------------------------------------------------===//
1427
1428 This code:
1429
1430 define inreg i32 @foo(i8* inreg %p) nounwind {
1431   %tmp0 = load i8* %p
1432   %tmp1 = ashr i8 %tmp0, 5
1433   %tmp2 = sext i8 %tmp1 to i32
1434   ret i32 %tmp2
1435 }
1436
1437 could be dagcombine'd to a sign-extending load with a shift.
1438 For example, on x86 this currently gets this:
1439
1440         movb    (%eax), %al
1441         sarb    $5, %al
1442         movsbl  %al, %eax
1443
1444 while it could get this:
1445
1446         movsbl  (%eax), %eax
1447         sarl    $5, %eax
1448
1449 //===---------------------------------------------------------------------===//
1450
1451 GCC PR31029:
1452
1453 int test(int x) { return 1-x == x; }     // --> return false
1454 int test2(int x) { return 2-x == x; }    // --> return x == 1 ?
1455
1456 Always foldable for odd constants, what is the rule for even?
1457
1458 //===---------------------------------------------------------------------===//
1459
1460 PR 3381: GEP to field of size 0 inside a struct could be turned into GEP
1461 for next field in struct (which is at same address).
1462
1463 For example: store of float into { {{}}, float } could be turned into a store to
1464 the float directly.
1465
1466 //===---------------------------------------------------------------------===//
1467
1468 The arg promotion pass should make use of nocapture to make its alias analysis
1469 stuff much more precise.
1470
1471 //===---------------------------------------------------------------------===//
1472
1473 The following functions should be optimized to use a select instead of a
1474 branch (from gcc PR40072):
1475
1476 char char_int(int m) {if(m>7) return 0; return m;}
1477 int int_char(char m) {if(m>7) return 0; return m;}
1478
1479 //===---------------------------------------------------------------------===//
1480
1481 int func(int a, int b) { if (a & 0x80) b |= 0x80; else b &= ~0x80; return b; }
1482
1483 Generates this:
1484
1485 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1486 entry:
1487   %0 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1488   %1 = icmp eq i32 %0, 0                          ; <i1> [#uses=1]
1489   %2 = or i32 %b, 128                             ; <i32> [#uses=1]
1490   %3 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1491   %b_addr.0 = select i1 %1, i32 %3, i32 %2        ; <i32> [#uses=1]
1492   ret i32 %b_addr.0
1493 }
1494
1495 However, it's functionally equivalent to:
1496
1497          b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1498
1499 Which generates this:
1500
1501 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1502 entry:
1503   %0 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1504   %1 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1505   %2 = or i32 %0, %1                              ; <i32> [#uses=1]
1506   ret i32 %2
1507 }
1508
1509 This can be generalized for other forms:
1510
1511      b = (b & ~0x80) | (a & 0x40) << 1;
1512
1513 //===---------------------------------------------------------------------===//
1514
1515 These two functions produce different code. They shouldn't:
1516
1517 #include <stdint.h>
1518  
1519 uint8_t p1(uint8_t b, uint8_t a) {
1520   b = (b & ~0xc0) | (a & 0xc0);
1521   return (b);
1522 }
1523  
1524 uint8_t p2(uint8_t b, uint8_t a) {
1525   b = (b & ~0x40) | (a & 0x40);
1526   b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1527   return (b);
1528 }
1529
1530 define zeroext i8 @p1(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1531 entry:
1532   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1533   %1 = and i8 %a, -64                             ; <i8> [#uses=1]
1534   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1535   ret i8 %2
1536 }
1537
1538 define zeroext i8 @p2(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1539 entry:
1540   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1541   %.masked = and i8 %a, 64                        ; <i8> [#uses=1]
1542   %1 = and i8 %a, -128                            ; <i8> [#uses=1]
1543   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1544   %3 = or i8 %2, %.masked                         ; <i8> [#uses=1]
1545   ret i8 %3
1546 }
1547
1548 //===---------------------------------------------------------------------===//
1549
1550 IPSCCP does not currently propagate argument dependent constants through
1551 functions where it does not not all of the callers.  This includes functions
1552 with normal external linkage as well as templates, C99 inline functions etc.
1553 Specifically, it does nothing to:
1554
1555 define i32 @test(i32 %x, i32 %y, i32 %z) nounwind {
1556 entry:
1557   %0 = add nsw i32 %y, %z                         
1558   %1 = mul i32 %0, %x                             
1559   %2 = mul i32 %y, %z                             
1560   %3 = add nsw i32 %1, %2                         
1561   ret i32 %3
1562 }
1563
1564 define i32 @test2() nounwind {
1565 entry:
1566   %0 = call i32 @test(i32 1, i32 2, i32 4) nounwind
1567   ret i32 %0
1568 }
1569
1570 It would be interesting extend IPSCCP to be able to handle simple cases like
1571 this, where all of the arguments to a call are constant.  Because IPSCCP runs
1572 before inlining, trivial templates and inline functions are not yet inlined.
1573 The results for a function + set of constant arguments should be memoized in a
1574 map.
1575
1576 //===---------------------------------------------------------------------===//
1577
1578 The libcall constant folding stuff should be moved out of SimplifyLibcalls into
1579 libanalysis' constantfolding logic.  This would allow IPSCCP to be able to
1580 handle simple things like this:
1581
1582 static int foo(const char *X) { return strlen(X); }
1583 int bar() { return foo("abcd"); }
1584
1585 //===---------------------------------------------------------------------===//
1586
1587 functionattrs doesn't know much about memcpy/memset.  This function should be
1588 marked readnone rather than readonly, since it only twiddles local memory, but
1589 functionattrs doesn't handle memset/memcpy/memmove aggressively:
1590
1591 struct X { int *p; int *q; };
1592 int foo() {
1593  int i = 0, j = 1;
1594  struct X x, y;
1595  int **p;
1596  y.p = &i;
1597  x.q = &j;
1598  p = __builtin_memcpy (&x, &y, sizeof (int *));
1599  return **p;
1600 }
1601
1602 This can be seen at:
1603 $ clang t.c -S -o - -mkernel -O0 -emit-llvm | opt -functionattrs -S
1604
1605
1606 //===---------------------------------------------------------------------===//
1607
1608 Missed instcombine transformation:
1609 define i1 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1610 entry:
1611   %cmp = icmp eq i32 %x, 30
1612   %sub = add i32 %x, -30
1613   %cmp2 = icmp ugt i32 %sub, 9
1614   %or = or i1 %cmp, %cmp2
1615   ret i1 %or
1616 }
1617 This should be optimized to a single compare.  Testcase derived from gcc.
1618
1619 //===---------------------------------------------------------------------===//
1620
1621 Missed instcombine or reassociate transformation:
1622 int a(int a, int b) { return (a==12)&(b>47)&(b<58); }
1623
1624 The sgt and slt should be combined into a single comparison. Testcase derived
1625 from gcc.
1626
1627 //===---------------------------------------------------------------------===//
1628
1629 Missed instcombine transformation:
1630
1631   %382 = srem i32 %tmp14.i, 64                    ; [#uses=1]
1632   %383 = zext i32 %382 to i64                     ; [#uses=1]
1633   %384 = shl i64 %381, %383                       ; [#uses=1]
1634   %385 = icmp slt i32 %tmp14.i, 64                ; [#uses=1]
1635
1636 The srem can be transformed to an and because if %tmp14.i is negative, the
1637 shift is undefined.  Testcase derived from 403.gcc.
1638
1639 //===---------------------------------------------------------------------===//
1640
1641 This is a range comparison on a divided result (from 403.gcc):
1642
1643   %1337 = sdiv i32 %1336, 8                       ; [#uses=1]
1644   %.off.i208 = add i32 %1336, 7                   ; [#uses=1]
1645   %1338 = icmp ult i32 %.off.i208, 15             ; [#uses=1]
1646   
1647 We already catch this (removing the sdiv) if there isn't an add, we should
1648 handle the 'add' as well.  This is a common idiom with it's builtin_alloca code.
1649 C testcase:
1650
1651 int a(int x) { return (unsigned)(x/16+7) < 15; }
1652
1653 Another similar case involves truncations on 64-bit targets:
1654
1655   %361 = sdiv i64 %.046, 8                        ; [#uses=1]
1656   %362 = trunc i64 %361 to i32                    ; [#uses=2]
1657 ...
1658   %367 = icmp eq i32 %362, 0                      ; [#uses=1]
1659
1660 //===---------------------------------------------------------------------===//
1661
1662 Missed instcombine/dagcombine transformation:
1663 define void @lshift_lt(i8 zeroext %a) nounwind {
1664 entry:
1665   %conv = zext i8 %a to i32
1666   %shl = shl i32 %conv, 3
1667   %cmp = icmp ult i32 %shl, 33
1668   br i1 %cmp, label %if.then, label %if.end
1669
1670 if.then:
1671   tail call void @bar() nounwind
1672   ret void
1673
1674 if.end:
1675   ret void
1676 }
1677 declare void @bar() nounwind
1678
1679 The shift should be eliminated.  Testcase derived from gcc.
1680
1681 //===---------------------------------------------------------------------===//
1682
1683 These compile into different code, one gets recognized as a switch and the
1684 other doesn't due to phase ordering issues (PR6212):
1685
1686 int test1(int mainType, int subType) {
1687   if (mainType == 7)
1688     subType = 4;
1689   else if (mainType == 9)
1690     subType = 6;
1691   else if (mainType == 11)
1692     subType = 9;
1693   return subType;
1694 }
1695
1696 int test2(int mainType, int subType) {
1697   if (mainType == 7)
1698     subType = 4;
1699   if (mainType == 9)
1700     subType = 6;
1701   if (mainType == 11)
1702     subType = 9;
1703   return subType;
1704 }
1705
1706 //===---------------------------------------------------------------------===//
1707
1708 The following test case (from PR6576):
1709
1710 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1711 entry:
1712  %cond1 = icmp eq i32 %b, 0                      ; <i1> [#uses=1]
1713  br i1 %cond1, label %exit, label %bb.nph
1714 bb.nph:                                           ; preds = %entry
1715  %tmp = mul i32 %b, %a                           ; <i32> [#uses=1]
1716  ret i32 %tmp
1717 exit:                                             ; preds = %entry
1718  ret i32 0
1719 }
1720
1721 could be reduced to:
1722
1723 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1724 entry:
1725  %tmp = mul i32 %b, %a
1726  ret i32 %tmp
1727 }
1728
1729 //===---------------------------------------------------------------------===//
1730
1731 We should use DSE + llvm.lifetime.end to delete dead vtable pointer updates.
1732 See GCC PR34949
1733
1734 Another interesting case is that something related could be used for variables
1735 that go const after their ctor has finished.  In these cases, globalopt (which
1736 can statically run the constructor) could mark the global const (so it gets put
1737 in the readonly section).  A testcase would be:
1738
1739 #include <complex>
1740 using namespace std;
1741 const complex<char> should_be_in_rodata (42,-42);
1742 complex<char> should_be_in_data (42,-42);
1743 complex<char> should_be_in_bss;
1744
1745 Where we currently evaluate the ctors but the globals don't become const because
1746 the optimizer doesn't know they "become const" after the ctor is done.  See
1747 GCC PR4131 for more examples.
1748
1749 //===---------------------------------------------------------------------===//
1750
1751 In this code:
1752
1753 long foo(long x) {
1754   return x > 1 ? x : 1;
1755 }
1756
1757 LLVM emits a comparison with 1 instead of 0. 0 would be equivalent
1758 and cheaper on most targets.
1759
1760 LLVM prefers comparisons with zero over non-zero in general, but in this
1761 case it choses instead to keep the max operation obvious.
1762
1763 //===---------------------------------------------------------------------===//
1764
1765 Take the following testcase on x86-64 (similar testcases exist for all targets
1766 with addc/adde):
1767
1768 define void @a(i64* nocapture %s, i64* nocapture %t, i64 %a, i64 %b,
1769 i64 %c) nounwind {
1770 entry:
1771  %0 = zext i64 %a to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1772  %1 = zext i64 %b to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1773  %2 = add i128 %1, %0                            ; <i128> [#uses=2]
1774  %3 = zext i64 %c to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1775  %4 = shl i128 %3, 64                            ; <i128> [#uses=1]
1776  %5 = add i128 %4, %2                            ; <i128> [#uses=1]
1777  %6 = lshr i128 %5, 64                           ; <i128> [#uses=1]
1778  %7 = trunc i128 %6 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1779  store i64 %7, i64* %s, align 8
1780  %8 = trunc i128 %2 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1781  store i64 %8, i64* %t, align 8
1782  ret void
1783 }
1784
1785 Generated code:
1786         addq    %rcx, %rdx
1787         sbbq    %rax, %rax
1788         subq    %rax, %r8
1789         movq    %r8, (%rdi)
1790         movq    %rdx, (%rsi)
1791         ret
1792
1793 Expected code:
1794        addq    %rcx, %rdx
1795        adcq    $0, %r8
1796        movq    %r8, (%rdi)
1797        movq    %rdx, (%rsi)
1798        ret
1799
1800 //===---------------------------------------------------------------------===//
1801
1802 Switch lowering generates less than ideal code for the following switch:
1803 define void @a(i32 %x) nounwind {
1804 entry:
1805   switch i32 %x, label %if.end [
1806     i32 0, label %if.then
1807     i32 1, label %if.then
1808     i32 2, label %if.then
1809     i32 3, label %if.then
1810     i32 5, label %if.then
1811   ]
1812 if.then:
1813   tail call void @foo() nounwind
1814   ret void
1815 if.end:
1816   ret void
1817 }
1818 declare void @foo()
1819
1820 Generated code on x86-64 (other platforms give similar results):
1821 a:
1822         cmpl    $5, %edi
1823         ja      .LBB0_2
1824         movl    %edi, %eax
1825         movl    $47, %ecx
1826         btq     %rax, %rcx
1827         jb      .LBB0_3
1828 .LBB0_2:
1829         ret
1830 .LBB0_3:
1831         jmp     foo  # TAILCALL
1832
1833 The movl+movl+btq+jb could be simplified to a cmpl+jne.
1834
1835 Or, if we wanted to be really clever, we could simplify the whole thing to
1836 something like the following, which eliminates a branch:
1837         xorl    $1, %edi
1838         cmpl    $4, %edi
1839         ja      .LBB0_2
1840         ret
1841 .LBB0_2:
1842         jmp     foo  # TAILCALL
1843 //===---------------------------------------------------------------------===//
1844 Given a branch where the two target blocks are identical ("ret i32 %b" in
1845 both), simplifycfg will simplify them away. But not so for a switch statement:
1846
1847 define i32 @f(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1848 entry:
1849         switch i32 %a, label %bb3 [
1850                 i32 4, label %bb
1851                 i32 6, label %bb
1852         ]
1853
1854 bb:             ; preds = %entry, %entry
1855         ret i32 %b
1856
1857 bb3:            ; preds = %entry
1858         ret i32 %b
1859 }
1860 //===---------------------------------------------------------------------===//
1861
1862 We compile this:
1863
1864 int foo(int a) { return (a & (~15)) / 16; }
1865
1866 Into:
1867
1868 define i32 @foo(i32 %a) nounwind readnone ssp {
1869 entry:
1870   %and = and i32 %a, -16
1871   %div = sdiv i32 %and, 16
1872   ret i32 %div
1873 }
1874
1875 but this code (X & -A)/A is X >> log2(A) when A is a power of 2, so this case
1876 should be instcombined into just "a >> 4".
1877
1878 We do get this at the codegen level, so something knows about it, but 
1879 instcombine should catch it earlier:
1880
1881 _foo:                                   ## @foo
1882 ## BB#0:                                ## %entry
1883         movl    %edi, %eax
1884         sarl    $4, %eax
1885         ret
1886
1887 //===---------------------------------------------------------------------===//
1888
1889 This code (from GCC PR28685):
1890
1891 int test(int a, int b) {
1892   int lt = a < b;
1893   int eq = a == b;
1894   if (lt)
1895     return 1;
1896   return eq;
1897 }
1898
1899 Is compiled to:
1900
1901 define i32 @test(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1902 entry:
1903   %cmp = icmp slt i32 %a, %b
1904   br i1 %cmp, label %return, label %if.end
1905
1906 if.end:                                           ; preds = %entry
1907   %cmp5 = icmp eq i32 %a, %b
1908   %conv6 = zext i1 %cmp5 to i32
1909   ret i32 %conv6
1910
1911 return:                                           ; preds = %entry
1912   ret i32 1
1913 }
1914
1915 it could be:
1916
1917 define i32 @test__(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1918 entry:
1919   %0 = icmp sle i32 %a, %b
1920   %retval = zext i1 %0 to i32
1921   ret i32 %retval
1922 }
1923
1924 //===---------------------------------------------------------------------===//
1925
1926 This code can be seen in viterbi:
1927
1928   %64 = call noalias i8* @malloc(i64 %62) nounwind
1929 ...
1930   %67 = call i64 @llvm.objectsize.i64(i8* %64, i1 false) nounwind
1931   %68 = call i8* @__memset_chk(i8* %64, i32 0, i64 %62, i64 %67) nounwind
1932
1933 llvm.objectsize.i64 should be taught about malloc/calloc, allowing it to
1934 fold to %62.  This is a security win (overflows of malloc will get caught)
1935 and also a performance win by exposing more memsets to the optimizer.
1936
1937 This occurs several times in viterbi.
1938
1939 Note that this would change the semantics of @llvm.objectsize which by its
1940 current definition always folds to a constant. We also should make sure that
1941 we remove checking in code like
1942
1943   char *p = malloc(strlen(s)+1);
1944   __strcpy_chk(p, s, __builtin_objectsize(p, 0));
1945
1946 //===---------------------------------------------------------------------===//
1947
1948 This code (from Benchmarks/Dhrystone/dry.c):
1949
1950 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1951 entry:
1952   %sext = shl i32 %0, 24
1953   %conv = ashr i32 %sext, 24
1954   %sext6 = shl i32 %1, 24
1955   %conv4 = ashr i32 %sext6, 24
1956   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1957   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1958   ret i32 %.
1959 }
1960
1961 Should be simplified into something like:
1962
1963 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1964 entry:
1965   %sext = shl i32 %0, 24
1966   %conv = and i32 %sext, 0xFF000000
1967   %sext6 = shl i32 %1, 24
1968   %conv4 = and i32 %sext6, 0xFF000000
1969   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1970   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1971   ret i32 %.
1972 }
1973
1974 and then to:
1975
1976 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1977 entry:
1978   %conv = and i32 %0, 0xFF
1979   %conv4 = and i32 %1, 0xFF
1980   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1981   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1982   ret i32 %.
1983 }
1984 //===---------------------------------------------------------------------===//
1985
1986 clang -O3 currently compiles this code
1987
1988 int g(unsigned int a) {
1989   unsigned int c[100];
1990   c[10] = a;
1991   c[11] = a;
1992   unsigned int b = c[10] + c[11];
1993   if(b > a*2) a = 4;
1994   else a = 8;
1995   return a + 7;
1996 }
1997
1998 into
1999
2000 define i32 @g(i32 a) nounwind readnone {
2001   %add = shl i32 %a, 1
2002   %mul = shl i32 %a, 1
2003   %cmp = icmp ugt i32 %add, %mul
2004   %a.addr.0 = select i1 %cmp, i32 11, i32 15
2005   ret i32 %a.addr.0
2006 }
2007
2008 The icmp should fold to false. This CSE opportunity is only available
2009 after GVN and InstCombine have run.
2010
2011 //===---------------------------------------------------------------------===//
2012
2013 memcpyopt should turn this:
2014
2015 define i8* @test10(i32 %x) {
2016   %alloc = call noalias i8* @malloc(i32 %x) nounwind
2017   call void @llvm.memset.p0i8.i32(i8* %alloc, i8 0, i32 %x, i32 1, i1 false)
2018   ret i8* %alloc
2019 }
2020
2021 into a call to calloc.  We should make sure that we analyze calloc as
2022 aggressively as malloc though.
2023
2024 //===---------------------------------------------------------------------===//
2025
2026 clang -O3 doesn't optimize this:
2027
2028 void f1(int* begin, int* end) {
2029   std::fill(begin, end, 0);
2030 }
2031
2032 into a memset.  This is PR8942.
2033
2034 //===---------------------------------------------------------------------===//
2035
2036 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2037
2038 void f(int N) {
2039   std::vector<int> v(N);
2040
2041   extern void sink(void*); sink(&v);
2042 }
2043
2044 into
2045
2046 define void @_Z1fi(i32 %N) nounwind {
2047 entry:
2048   %v2 = alloca [3 x i32*], align 8
2049   %v2.sub = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 0
2050   %tmpcast = bitcast [3 x i32*]* %v2 to %"class.std::vector"*
2051   %conv = sext i32 %N to i64
2052   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2053   %tmp3.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 1
2054   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2055   %tmp4.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 2
2056   store i32* null, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2057   %cmp.i.i.i.i = icmp eq i32 %N, 0
2058   br i1 %cmp.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i, label %cond.true.i.i.i.i
2059
2060 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i: ; preds = %entry
2061   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2062   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2063   %add.ptr.i5.i.i = getelementptr inbounds i32* null, i64 %conv
2064   store i32* %add.ptr.i5.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2065   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2066
2067 cond.true.i.i.i.i:                                ; preds = %entry
2068   %cmp.i.i.i.i.i = icmp slt i32 %N, 0
2069   br i1 %cmp.i.i.i.i.i, label %if.then.i.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i
2070
2071 if.then.i.i.i.i.i:                                ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2072   call void @_ZSt17__throw_bad_allocv() noreturn nounwind
2073   unreachable
2074
2075 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i:    ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2076   %mul.i.i.i.i.i = shl i64 %conv, 2
2077   %call3.i.i.i.i.i = call noalias i8* @_Znwm(i64 %mul.i.i.i.i.i) nounwind
2078   %0 = bitcast i8* %call3.i.i.i.i.i to i32*
2079   store i32* %0, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2080   store i32* %0, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2081   %add.ptr.i.i.i = getelementptr inbounds i32* %0, i64 %conv
2082   store i32* %add.ptr.i.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2083   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)
2084   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2085
2086 This is just the handling the construction of the vector. Most surprising here
2087 is the fact that all three null stores in %entry are dead (because we do no
2088 cross-block DSE).
2089
2090 Also surprising is that %conv isn't simplified to 0 in %....exit.thread.i.i.
2091 This is a because the client of LazyValueInfo doesn't simplify all instruction
2092 operands, just selected ones.
2093
2094 //===---------------------------------------------------------------------===//
2095
2096 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2097
2098 void f(char* a, int n) {
2099   __builtin_memset(a, 0, n);
2100   for (int i = 0; i < n; ++i)
2101     a[i] = 0;
2102 }
2103
2104 into:
2105
2106 define void @_Z1fPci(i8* nocapture %a, i32 %n) nounwind {
2107 entry:
2108   %conv = sext i32 %n to i64
2109   tail call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %conv, i32 1, i1 false)
2110   %cmp8 = icmp sgt i32 %n, 0
2111   br i1 %cmp8, label %for.body.lr.ph, label %for.end
2112
2113 for.body.lr.ph:                                   ; preds = %entry
2114   %tmp10 = add i32 %n, -1
2115   %tmp11 = zext i32 %tmp10 to i64
2116   %tmp12 = add i64 %tmp11, 1
2117   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %tmp12, i32 1, i1 false)
2118   ret void
2119
2120 for.end:                                          ; preds = %entry
2121   ret void
2122 }
2123
2124 This shouldn't need the ((zext (%n - 1)) + 1) game, and it should ideally fold
2125 the two memset's together. The issue with %n seems to stem from poor handling
2126 of the original loop.
2127
2128 To simplify this, we need SCEV to know that "n != 0" because of the dominating
2129 conditional.  That would turn the second memset into a simple memset of 'n'.
2130
2131 //===---------------------------------------------------------------------===//
2132
2133 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2134
2135 struct S {
2136   unsigned short m1, m2;
2137   unsigned char m3, m4;
2138 };
2139
2140 void f(int N) {
2141   std::vector<S> v(N);
2142   extern void sink(void*); sink(&v);
2143 }
2144
2145 into poor code for zero-initializing 'v' when N is >0. The problem is that
2146 S is only 6 bytes, but each element is 8 byte-aligned. We generate a loop and
2147 4 stores on each iteration. If the struct were 8 bytes, this gets turned into
2148 a memset.
2149
2150 In order to handle this we have to:
2151   A) Teach clang to generate metadata for memsets of structs that have holes in
2152      them.
2153   B) Teach clang to use such a memset for zero init of this struct (since it has
2154      a hole), instead of doing elementwise zeroing.
2155
2156 //===---------------------------------------------------------------------===//
2157
2158 clang -O3 currently compiles this code:
2159
2160 extern const int magic;
2161 double f() { return 0.0 * magic; }
2162
2163 into
2164
2165 @magic = external constant i32
2166
2167 define double @_Z1fv() nounwind readnone {
2168 entry:
2169   %tmp = load i32* @magic, align 4, !tbaa !0
2170   %conv = sitofp i32 %tmp to double
2171   %mul = fmul double %conv, 0.000000e+00
2172   ret double %mul
2173 }
2174
2175 We should be able to fold away this fmul to 0.0.  More generally, fmul(x,0.0)
2176 can be folded to 0.0 if we can prove that the LHS is not -0.0, not a NaN, and
2177 not an INF.  The CannotBeNegativeZero predicate in value tracking should be
2178 extended to support general "fpclassify" operations that can return 
2179 yes/no/unknown for each of these predicates.
2180
2181 In this predicate, we know that uitofp is trivially never NaN or -0.0, and
2182 we know that it isn't +/-Inf if the floating point type has enough exponent bits
2183 to represent the largest integer value as < inf.
2184
2185 //===---------------------------------------------------------------------===//
2186
2187 When optimizing a transformation that can change the sign of 0.0 (such as the
2188 0.0*val -> 0.0 transformation above), it might be provable that the sign of the
2189 expression doesn't matter.  For example, by the above rules, we can't transform
2190 fmul(sitofp(x), 0.0) into 0.0, because x might be -1 and the result of the
2191 expression is defined to be -0.0.
2192
2193 If we look at the uses of the fmul for example, we might be able to prove that
2194 all uses don't care about the sign of zero.  For example, if we have:
2195
2196   fadd(fmul(sitofp(x), 0.0), 2.0)
2197
2198 Since we know that x+2.0 doesn't care about the sign of any zeros in X, we can
2199 transform the fmul to 0.0, and then the fadd to 2.0.
2200
2201 //===---------------------------------------------------------------------===//
2202
2203 We should enhance memcpy/memcpy/memset to allow a metadata node on them
2204 indicating that some bytes of the transfer are undefined.  This is useful for
2205 frontends like clang when lowering struct copies, when some elements of the
2206 struct are undefined.  Consider something like this:
2207
2208 struct x {
2209   char a;
2210   int b[4];
2211 };
2212 void foo(struct x*P);
2213 struct x testfunc() {
2214   struct x V1, V2;
2215   foo(&V1);
2216   V2 = V1;
2217
2218   return V2;
2219 }
2220
2221 We currently compile this to:
2222 $ clang t.c -S -o - -O0 -emit-llvm | opt -scalarrepl -S
2223
2224
2225 %struct.x = type { i8, [4 x i32] }
2226
2227 define void @testfunc(%struct.x* sret %agg.result) nounwind ssp {
2228 entry:
2229   %V1 = alloca %struct.x, align 4
2230   call void @foo(%struct.x* %V1)
2231   %tmp1 = bitcast %struct.x* %V1 to i8*
2232   %0 = bitcast %struct.x* %V1 to i160*
2233   %srcval1 = load i160* %0, align 4
2234   %tmp2 = bitcast %struct.x* %agg.result to i8*
2235   %1 = bitcast %struct.x* %agg.result to i160*
2236   store i160 %srcval1, i160* %1, align 4
2237   ret void
2238 }
2239
2240 This happens because SRoA sees that the temp alloca has is being memcpy'd into
2241 and out of and it has holes and it has to be conservative.  If we knew about the
2242 holes, then this could be much much better.
2243
2244 Having information about these holes would also improve memcpy (etc) lowering at
2245 llc time when it gets inlined, because we can use smaller transfers.  This also
2246 avoids partial register stalls in some important cases.
2247
2248 //===---------------------------------------------------------------------===//