Add a note about a cute little fabs optimization.
[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 This was noticed in the entryblock for grokdeclarator in 403.gcc:
977
978         %tmp = icmp eq i32 %decl_context, 4          
979         %decl_context_addr.0 = select i1 %tmp, i32 3, i32 %decl_context 
980         %tmp1 = icmp eq i32 %decl_context_addr.0, 1 
981         %decl_context_addr.1 = select i1 %tmp1, i32 0, i32 %decl_context_addr.0
982
983 tmp1 should be simplified to something like:
984   (!tmp || decl_context == 1)
985
986 This allows recursive simplifications, tmp1 is used all over the place in
987 the function, e.g. by:
988
989         %tmp23 = icmp eq i32 %decl_context_addr.1, 0            ; <i1> [#uses=1]
990         %tmp24 = xor i1 %tmp1, true             ; <i1> [#uses=1]
991         %or.cond8 = and i1 %tmp23, %tmp24               ; <i1> [#uses=1]
992
993 later.
994
995 //===---------------------------------------------------------------------===//
996
997 [STORE SINKING]
998
999 Store sinking: This code:
1000
1001 void f (int n, int *cond, int *res) {
1002     int i;
1003     *res = 0;
1004     for (i = 0; i < n; i++)
1005         if (*cond)
1006             *res ^= 234; /* (*) */
1007 }
1008
1009 On this function GVN hoists the fully redundant value of *res, but nothing
1010 moves the store out.  This gives us this code:
1011
1012 bb:             ; preds = %bb2, %entry
1013         %.rle = phi i32 [ 0, %entry ], [ %.rle6, %bb2 ] 
1014         %i.05 = phi i32 [ 0, %entry ], [ %indvar.next, %bb2 ]
1015         %1 = load i32* %cond, align 4
1016         %2 = icmp eq i32 %1, 0
1017         br i1 %2, label %bb2, label %bb1
1018
1019 bb1:            ; preds = %bb
1020         %3 = xor i32 %.rle, 234 
1021         store i32 %3, i32* %res, align 4
1022         br label %bb2
1023
1024 bb2:            ; preds = %bb, %bb1
1025         %.rle6 = phi i32 [ %3, %bb1 ], [ %.rle, %bb ]   
1026         %indvar.next = add i32 %i.05, 1 
1027         %exitcond = icmp eq i32 %indvar.next, %n
1028         br i1 %exitcond, label %return, label %bb
1029
1030 DSE should sink partially dead stores to get the store out of the loop.
1031
1032 Here's another partial dead case:
1033 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12395
1034
1035 //===---------------------------------------------------------------------===//
1036
1037 Scalar PRE hoists the mul in the common block up to the else:
1038
1039 int test (int a, int b, int c, int g) {
1040   int d, e;
1041   if (a)
1042     d = b * c;
1043   else
1044     d = b - c;
1045   e = b * c + g;
1046   return d + e;
1047 }
1048
1049 It would be better to do the mul once to reduce codesize above the if.
1050 This is GCC PR38204.
1051
1052
1053 //===---------------------------------------------------------------------===//
1054 This simple function from 179.art:
1055
1056 int winner, numf2s;
1057 struct { double y; int   reset; } *Y;
1058
1059 void find_match() {
1060    int i;
1061    winner = 0;
1062    for (i=0;i<numf2s;i++)
1063        if (Y[i].y > Y[winner].y)
1064               winner =i;
1065 }
1066
1067 Compiles into (with clang TBAA):
1068
1069 for.body:                                         ; preds = %for.inc, %bb.nph
1070   %indvar = phi i64 [ 0, %bb.nph ], [ %indvar.next, %for.inc ]
1071   %i.01718 = phi i32 [ 0, %bb.nph ], [ %i.01719, %for.inc ]
1072   %tmp4 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %indvar, i32 0
1073   %tmp5 = load double* %tmp4, align 8, !tbaa !4
1074   %idxprom7 = sext i32 %i.01718 to i64
1075   %tmp10 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %idxprom7, i32 0
1076   %tmp11 = load double* %tmp10, align 8, !tbaa !4
1077   %cmp12 = fcmp ogt double %tmp5, %tmp11
1078   br i1 %cmp12, label %if.then, label %for.inc
1079
1080 if.then:                                          ; preds = %for.body
1081   %i.017 = trunc i64 %indvar to i32
1082   br label %for.inc
1083
1084 for.inc:                                          ; preds = %for.body, %if.then
1085   %i.01719 = phi i32 [ %i.01718, %for.body ], [ %i.017, %if.then ]
1086   %indvar.next = add i64 %indvar, 1
1087   %exitcond = icmp eq i64 %indvar.next, %tmp22
1088   br i1 %exitcond, label %for.cond.for.end_crit_edge, label %for.body
1089
1090
1091 It is good that we hoisted the reloads of numf2's, and Y out of the loop and
1092 sunk the store to winner out.
1093
1094 However, this is awful on several levels: the conditional truncate in the loop
1095 (-indvars at fault? why can't we completely promote the IV to i64?).
1096
1097 Beyond that, we have a partially redundant load in the loop: if "winner" (aka 
1098 %i.01718) isn't updated, we reload Y[winner].y the next time through the loop.
1099 Similarly, the addressing that feeds it (including the sext) is redundant. In
1100 the end we get this generated assembly:
1101
1102 LBB0_2:                                 ## %for.body
1103                                         ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
1104         movsd   (%rdi), %xmm0
1105         movslq  %edx, %r8
1106         shlq    $4, %r8
1107         ucomisd (%rcx,%r8), %xmm0
1108         jbe     LBB0_4
1109         movl    %esi, %edx
1110 LBB0_4:                                 ## %for.inc
1111         addq    $16, %rdi
1112         incq    %rsi
1113         cmpq    %rsi, %rax
1114         jne     LBB0_2
1115
1116 All things considered this isn't too bad, but we shouldn't need the movslq or
1117 the shlq instruction, or the load folded into ucomisd every time through the
1118 loop.
1119
1120 On an x86-specific topic, if the loop can't be restructure, the movl should be a
1121 cmov.
1122
1123 //===---------------------------------------------------------------------===//
1124
1125 [STORE SINKING]
1126
1127 GCC PR37810 is an interesting case where we should sink load/store reload
1128 into the if block and outside the loop, so we don't reload/store it on the
1129 non-call path.
1130
1131 for () {
1132   *P += 1;
1133   if ()
1134     call();
1135   else
1136     ...
1137 ->
1138 tmp = *P
1139 for () {
1140   tmp += 1;
1141   if () {
1142     *P = tmp;
1143     call();
1144     tmp = *P;
1145   } else ...
1146 }
1147 *P = tmp;
1148
1149 We now hoist the reload after the call (Transforms/GVN/lpre-call-wrap.ll), but
1150 we don't sink the store.  We need partially dead store sinking.
1151
1152 //===---------------------------------------------------------------------===//
1153
1154 [LOAD PRE CRIT EDGE SPLITTING]
1155
1156 GCC PR37166: Sinking of loads prevents SROA'ing the "g" struct on the stack
1157 leading to excess stack traffic. This could be handled by GVN with some crazy
1158 symbolic phi translation.  The code we get looks like (g is on the stack):
1159
1160 bb2:            ; preds = %bb1
1161 ..
1162         %9 = getelementptr %struct.f* %g, i32 0, i32 0          
1163         store i32 %8, i32* %9, align  bel %bb3
1164
1165 bb3:            ; preds = %bb1, %bb2, %bb
1166         %c_addr.0 = phi %struct.f* [ %g, %bb2 ], [ %c, %bb ], [ %c, %bb1 ]
1167         %b_addr.0 = phi %struct.f* [ %b, %bb2 ], [ %g, %bb ], [ %b, %bb1 ]
1168         %10 = getelementptr %struct.f* %c_addr.0, i32 0, i32 0
1169         %11 = load i32* %10, align 4
1170
1171 %11 is partially redundant, an in BB2 it should have the value %8.
1172
1173 GCC PR33344 and PR35287 are similar cases.
1174
1175
1176 //===---------------------------------------------------------------------===//
1177
1178 [LOAD PRE]
1179
1180 There are many load PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/loadpre* in the
1181 GCC testsuite, ones we don't get yet are (checked through loadpre25):
1182
1183 [CRIT EDGE BREAKING]
1184 loadpre3.c predcom-4.c
1185
1186 [PRE OF READONLY CALL]
1187 loadpre5.c
1188
1189 [TURN SELECT INTO BRANCH]
1190 loadpre14.c loadpre15.c 
1191
1192 actually a conditional increment: loadpre18.c loadpre19.c
1193
1194 //===---------------------------------------------------------------------===//
1195
1196 [LOAD PRE / STORE SINKING / SPEC HACK]
1197
1198 This is a chunk of code from 456.hmmer:
1199
1200 int f(int M, int *mc, int *mpp, int *tpmm, int *ip, int *tpim, int *dpp,
1201      int *tpdm, int xmb, int *bp, int *ms) {
1202  int k, sc;
1203  for (k = 1; k <= M; k++) {
1204      mc[k] = mpp[k-1]   + tpmm[k-1];
1205      if ((sc = ip[k-1]  + tpim[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1206      if ((sc = dpp[k-1] + tpdm[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1207      if ((sc = xmb  + bp[k])         > mc[k])  mc[k] = sc;
1208      mc[k] += ms[k];
1209    }
1210 }
1211
1212 It is very profitable for this benchmark to turn the conditional stores to mc[k]
1213 into a conditional move (select instr in IR) and allow the final store to do the
1214 store.  See GCC PR27313 for more details.  Note that this is valid to xform even
1215 with the new C++ memory model, since mc[k] is previously loaded and later
1216 stored.
1217
1218 //===---------------------------------------------------------------------===//
1219
1220 [SCALAR PRE]
1221 There are many PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/ssa-pre-*.c in the
1222 GCC testsuite.
1223
1224 //===---------------------------------------------------------------------===//
1225
1226 There are some interesting cases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/pred-comm* in the
1227 GCC testsuite.  For example, we get the first example in predcom-1.c, but 
1228 miss the second one:
1229
1230 unsigned fib[1000];
1231 unsigned avg[1000];
1232
1233 __attribute__ ((noinline))
1234 void count_averages(int n) {
1235   int i;
1236   for (i = 1; i < n; i++)
1237     avg[i] = (((unsigned long) fib[i - 1] + fib[i] + fib[i + 1]) / 3) & 0xffff;
1238 }
1239
1240 which compiles into two loads instead of one in the loop.
1241
1242 predcom-2.c is the same as predcom-1.c
1243
1244 predcom-3.c is very similar but needs loads feeding each other instead of
1245 store->load.
1246
1247
1248 //===---------------------------------------------------------------------===//
1249
1250 [ALIAS ANALYSIS]
1251
1252 Type based alias analysis:
1253 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=14705
1254
1255 We should do better analysis of posix_memalign.  At the least it should
1256 no-capture its pointer argument, at best, we should know that the out-value
1257 result doesn't point to anything (like malloc).  One example of this is in
1258 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c
1259
1260 //===---------------------------------------------------------------------===//
1261
1262 Interesting missed case because of control flow flattening (should be 2 loads):
1263 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=26629
1264 With: llvm-gcc t2.c -S -o - -O0 -emit-llvm | llvm-as | 
1265              opt -mem2reg -gvn -instcombine | llvm-dis
1266 we miss it because we need 1) CRIT EDGE 2) MULTIPLE DIFFERENT
1267 VALS PRODUCED BY ONE BLOCK OVER DIFFERENT PATHS
1268
1269 //===---------------------------------------------------------------------===//
1270
1271 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=19633
1272 We could eliminate the branch condition here, loading from null is undefined:
1273
1274 struct S { int w, x, y, z; };
1275 struct T { int r; struct S s; };
1276 void bar (struct S, int);
1277 void foo (int a, struct T b)
1278 {
1279   struct S *c = 0;
1280   if (a)
1281     c = &b.s;
1282   bar (*c, a);
1283 }
1284
1285 //===---------------------------------------------------------------------===//
1286
1287 simplifylibcalls should do several optimizations for strspn/strcspn:
1288
1289 strcspn(x, "a") -> inlined loop for up to 3 letters (similarly for strspn):
1290
1291 size_t __strcspn_c3 (__const char *__s, int __reject1, int __reject2,
1292                      int __reject3) {
1293   register size_t __result = 0;
1294   while (__s[__result] != '\0' && __s[__result] != __reject1 &&
1295          __s[__result] != __reject2 && __s[__result] != __reject3)
1296     ++__result;
1297   return __result;
1298 }
1299
1300 This should turn into a switch on the character.  See PR3253 for some notes on
1301 codegen.
1302
1303 456.hmmer apparently uses strcspn and strspn a lot.  471.omnetpp uses strspn.
1304
1305 //===---------------------------------------------------------------------===//
1306
1307 simplifylibcalls should turn these snprintf idioms into memcpy (GCC PR47917)
1308
1309 char buf1[6], buf2[6], buf3[4], buf4[4];
1310 int i;
1311
1312 int foo (void) {
1313   int ret = snprintf (buf1, sizeof buf1, "abcde");
1314   ret += snprintf (buf2, sizeof buf2, "abcdef") * 16;
1315   ret += snprintf (buf3, sizeof buf3, "%s", i++ < 6 ? "abc" : "def") * 256;
1316   ret += snprintf (buf4, sizeof buf4, "%s", i++ > 10 ? "abcde" : "defgh")*4096;
1317   return ret;
1318 }
1319
1320 //===---------------------------------------------------------------------===//
1321
1322 "gas" uses this idiom:
1323   else if (strchr ("+-/*%|&^:[]()~", *intel_parser.op_string))
1324 ..
1325   else if (strchr ("<>", *intel_parser.op_string)
1326
1327 Those should be turned into a switch.
1328
1329 //===---------------------------------------------------------------------===//
1330
1331 252.eon contains this interesting code:
1332
1333         %3072 = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 0
1334         %3073 = call i8* @strcpy(i8* %3072, i8* %3071) nounwind
1335         %strlen = call i32 @strlen(i8* %3072)    ; uses = 1
1336         %endptr = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 %strlen
1337         call void @llvm.memcpy.i32(i8* %endptr, 
1338           i8* getelementptr ([5 x i8]* @"\01LC42", i32 0, i32 0), i32 5, i32 1)
1339         %3074 = call i32 @strlen(i8* %endptr) nounwind readonly 
1340         
1341 This is interesting for a couple reasons.  First, in this:
1342
1343 The memcpy+strlen strlen can be replaced with:
1344
1345         %3074 = call i32 @strlen([5 x i8]* @"\01LC42") nounwind readonly 
1346
1347 Because the destination was just copied into the specified memory buffer.  This,
1348 in turn, can be constant folded to "4".
1349
1350 In other code, it contains:
1351
1352         %endptr6978 = bitcast i8* %endptr69 to i32*            
1353         store i32 7107374, i32* %endptr6978, align 1
1354         %3167 = call i32 @strlen(i8* %endptr69) nounwind readonly    
1355
1356 Which could also be constant folded.  Whatever is producing this should probably
1357 be fixed to leave this as a memcpy from a string.
1358
1359 Further, eon also has an interesting partially redundant strlen call:
1360
1361 bb8:            ; preds = %_ZN18eonImageCalculatorC1Ev.exit
1362         %682 = getelementptr i8** %argv, i32 6          ; <i8**> [#uses=2]
1363         %683 = load i8** %682, align 4          ; <i8*> [#uses=4]
1364         %684 = load i8* %683, align 1           ; <i8> [#uses=1]
1365         %685 = icmp eq i8 %684, 0               ; <i1> [#uses=1]
1366         br i1 %685, label %bb10, label %bb9
1367
1368 bb9:            ; preds = %bb8
1369         %686 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1370         %687 = icmp ugt i32 %686, 254           ; <i1> [#uses=1]
1371         br i1 %687, label %bb10, label %bb11
1372
1373 bb10:           ; preds = %bb9, %bb8
1374         %688 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1375
1376 This could be eliminated by doing the strlen once in bb8, saving code size and
1377 improving perf on the bb8->9->10 path.
1378
1379 //===---------------------------------------------------------------------===//
1380
1381 I see an interesting fully redundant call to strlen left in 186.crafty:InputMove
1382 which looks like:
1383        %movetext11 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 0 
1384  
1385
1386 bb62:           ; preds = %bb55, %bb53
1387         %promote.0 = phi i32 [ %169, %bb55 ], [ 0, %bb53 ]             
1388         %171 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1389         %172 = add i32 %171, -1         ; <i32> [#uses=1]
1390         %173 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 %172       
1391
1392 ...  no stores ...
1393        br i1 %or.cond, label %bb65, label %bb72
1394
1395 bb65:           ; preds = %bb62
1396         store i8 0, i8* %173, align 1
1397         br label %bb72
1398
1399 bb72:           ; preds = %bb65, %bb62
1400         %trank.1 = phi i32 [ %176, %bb65 ], [ -1, %bb62 ]            
1401         %177 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1402
1403 Note that on the bb62->bb72 path, that the %177 strlen call is partially
1404 redundant with the %171 call.  At worst, we could shove the %177 strlen call
1405 up into the bb65 block moving it out of the bb62->bb72 path.   However, note
1406 that bb65 stores to the string, zeroing out the last byte.  This means that on
1407 that path the value of %177 is actually just %171-1.  A sub is cheaper than a
1408 strlen!
1409
1410 This pattern repeats several times, basically doing:
1411
1412   A = strlen(P);
1413   P[A-1] = 0;
1414   B = strlen(P);
1415   where it is "obvious" that B = A-1.
1416
1417 //===---------------------------------------------------------------------===//
1418
1419 186.crafty has this interesting pattern with the "out.4543" variable:
1420
1421 call void @llvm.memcpy.i32(
1422         i8* getelementptr ([10 x i8]* @out.4543, i32 0, i32 0),
1423        i8* getelementptr ([7 x i8]* @"\01LC28700", i32 0, i32 0), i32 7, i32 1) 
1424 %101 = call@printf(i8* ...   @out.4543, i32 0, i32 0)) nounwind 
1425
1426 It is basically doing:
1427
1428   memcpy(globalarray, "string");
1429   printf(...,  globalarray);
1430   
1431 Anyway, by knowing that printf just reads the memory and forward substituting
1432 the string directly into the printf, this eliminates reads from globalarray.
1433 Since this pattern occurs frequently in crafty (due to the "DisplayTime" and
1434 other similar functions) there are many stores to "out".  Once all the printfs
1435 stop using "out", all that is left is the memcpy's into it.  This should allow
1436 globalopt to remove the "stored only" global.
1437
1438 //===---------------------------------------------------------------------===//
1439
1440 This code:
1441
1442 define inreg i32 @foo(i8* inreg %p) nounwind {
1443   %tmp0 = load i8* %p
1444   %tmp1 = ashr i8 %tmp0, 5
1445   %tmp2 = sext i8 %tmp1 to i32
1446   ret i32 %tmp2
1447 }
1448
1449 could be dagcombine'd to a sign-extending load with a shift.
1450 For example, on x86 this currently gets this:
1451
1452         movb    (%eax), %al
1453         sarb    $5, %al
1454         movsbl  %al, %eax
1455
1456 while it could get this:
1457
1458         movsbl  (%eax), %eax
1459         sarl    $5, %eax
1460
1461 //===---------------------------------------------------------------------===//
1462
1463 GCC PR31029:
1464
1465 int test(int x) { return 1-x == x; }     // --> return false
1466 int test2(int x) { return 2-x == x; }    // --> return x == 1 ?
1467
1468 Always foldable for odd constants, what is the rule for even?
1469
1470 //===---------------------------------------------------------------------===//
1471
1472 PR 3381: GEP to field of size 0 inside a struct could be turned into GEP
1473 for next field in struct (which is at same address).
1474
1475 For example: store of float into { {{}}, float } could be turned into a store to
1476 the float directly.
1477
1478 //===---------------------------------------------------------------------===//
1479
1480 The arg promotion pass should make use of nocapture to make its alias analysis
1481 stuff much more precise.
1482
1483 //===---------------------------------------------------------------------===//
1484
1485 The following functions should be optimized to use a select instead of a
1486 branch (from gcc PR40072):
1487
1488 char char_int(int m) {if(m>7) return 0; return m;}
1489 int int_char(char m) {if(m>7) return 0; return m;}
1490
1491 //===---------------------------------------------------------------------===//
1492
1493 int func(int a, int b) { if (a & 0x80) b |= 0x80; else b &= ~0x80; return b; }
1494
1495 Generates this:
1496
1497 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1498 entry:
1499   %0 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1500   %1 = icmp eq i32 %0, 0                          ; <i1> [#uses=1]
1501   %2 = or i32 %b, 128                             ; <i32> [#uses=1]
1502   %3 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1503   %b_addr.0 = select i1 %1, i32 %3, i32 %2        ; <i32> [#uses=1]
1504   ret i32 %b_addr.0
1505 }
1506
1507 However, it's functionally equivalent to:
1508
1509          b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1510
1511 Which generates this:
1512
1513 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1514 entry:
1515   %0 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1516   %1 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1517   %2 = or i32 %0, %1                              ; <i32> [#uses=1]
1518   ret i32 %2
1519 }
1520
1521 This can be generalized for other forms:
1522
1523      b = (b & ~0x80) | (a & 0x40) << 1;
1524
1525 //===---------------------------------------------------------------------===//
1526
1527 These two functions produce different code. They shouldn't:
1528
1529 #include <stdint.h>
1530  
1531 uint8_t p1(uint8_t b, uint8_t a) {
1532   b = (b & ~0xc0) | (a & 0xc0);
1533   return (b);
1534 }
1535  
1536 uint8_t p2(uint8_t b, uint8_t a) {
1537   b = (b & ~0x40) | (a & 0x40);
1538   b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1539   return (b);
1540 }
1541
1542 define zeroext i8 @p1(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1543 entry:
1544   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1545   %1 = and i8 %a, -64                             ; <i8> [#uses=1]
1546   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1547   ret i8 %2
1548 }
1549
1550 define zeroext i8 @p2(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1551 entry:
1552   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1553   %.masked = and i8 %a, 64                        ; <i8> [#uses=1]
1554   %1 = and i8 %a, -128                            ; <i8> [#uses=1]
1555   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1556   %3 = or i8 %2, %.masked                         ; <i8> [#uses=1]
1557   ret i8 %3
1558 }
1559
1560 //===---------------------------------------------------------------------===//
1561
1562 IPSCCP does not currently propagate argument dependent constants through
1563 functions where it does not not all of the callers.  This includes functions
1564 with normal external linkage as well as templates, C99 inline functions etc.
1565 Specifically, it does nothing to:
1566
1567 define i32 @test(i32 %x, i32 %y, i32 %z) nounwind {
1568 entry:
1569   %0 = add nsw i32 %y, %z                         
1570   %1 = mul i32 %0, %x                             
1571   %2 = mul i32 %y, %z                             
1572   %3 = add nsw i32 %1, %2                         
1573   ret i32 %3
1574 }
1575
1576 define i32 @test2() nounwind {
1577 entry:
1578   %0 = call i32 @test(i32 1, i32 2, i32 4) nounwind
1579   ret i32 %0
1580 }
1581
1582 It would be interesting extend IPSCCP to be able to handle simple cases like
1583 this, where all of the arguments to a call are constant.  Because IPSCCP runs
1584 before inlining, trivial templates and inline functions are not yet inlined.
1585 The results for a function + set of constant arguments should be memoized in a
1586 map.
1587
1588 //===---------------------------------------------------------------------===//
1589
1590 The libcall constant folding stuff should be moved out of SimplifyLibcalls into
1591 libanalysis' constantfolding logic.  This would allow IPSCCP to be able to
1592 handle simple things like this:
1593
1594 static int foo(const char *X) { return strlen(X); }
1595 int bar() { return foo("abcd"); }
1596
1597 //===---------------------------------------------------------------------===//
1598
1599 functionattrs doesn't know much about memcpy/memset.  This function should be
1600 marked readnone rather than readonly, since it only twiddles local memory, but
1601 functionattrs doesn't handle memset/memcpy/memmove aggressively:
1602
1603 struct X { int *p; int *q; };
1604 int foo() {
1605  int i = 0, j = 1;
1606  struct X x, y;
1607  int **p;
1608  y.p = &i;
1609  x.q = &j;
1610  p = __builtin_memcpy (&x, &y, sizeof (int *));
1611  return **p;
1612 }
1613
1614 This can be seen at:
1615 $ clang t.c -S -o - -mkernel -O0 -emit-llvm | opt -functionattrs -S
1616
1617
1618 //===---------------------------------------------------------------------===//
1619
1620 Missed instcombine transformation:
1621 define i1 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1622 entry:
1623   %cmp = icmp eq i32 %x, 30
1624   %sub = add i32 %x, -30
1625   %cmp2 = icmp ugt i32 %sub, 9
1626   %or = or i1 %cmp, %cmp2
1627   ret i1 %or
1628 }
1629 This should be optimized to a single compare.  Testcase derived from gcc.
1630
1631 //===---------------------------------------------------------------------===//
1632
1633 Missed instcombine or reassociate transformation:
1634 int a(int a, int b) { return (a==12)&(b>47)&(b<58); }
1635
1636 The sgt and slt should be combined into a single comparison. Testcase derived
1637 from gcc.
1638
1639 //===---------------------------------------------------------------------===//
1640
1641 Missed instcombine transformation:
1642
1643   %382 = srem i32 %tmp14.i, 64                    ; [#uses=1]
1644   %383 = zext i32 %382 to i64                     ; [#uses=1]
1645   %384 = shl i64 %381, %383                       ; [#uses=1]
1646   %385 = icmp slt i32 %tmp14.i, 64                ; [#uses=1]
1647
1648 The srem can be transformed to an and because if %tmp14.i is negative, the
1649 shift is undefined.  Testcase derived from 403.gcc.
1650
1651 //===---------------------------------------------------------------------===//
1652
1653 This is a range comparison on a divided result (from 403.gcc):
1654
1655   %1337 = sdiv i32 %1336, 8                       ; [#uses=1]
1656   %.off.i208 = add i32 %1336, 7                   ; [#uses=1]
1657   %1338 = icmp ult i32 %.off.i208, 15             ; [#uses=1]
1658   
1659 We already catch this (removing the sdiv) if there isn't an add, we should
1660 handle the 'add' as well.  This is a common idiom with it's builtin_alloca code.
1661 C testcase:
1662
1663 int a(int x) { return (unsigned)(x/16+7) < 15; }
1664
1665 Another similar case involves truncations on 64-bit targets:
1666
1667   %361 = sdiv i64 %.046, 8                        ; [#uses=1]
1668   %362 = trunc i64 %361 to i32                    ; [#uses=2]
1669 ...
1670   %367 = icmp eq i32 %362, 0                      ; [#uses=1]
1671
1672 //===---------------------------------------------------------------------===//
1673
1674 Missed instcombine/dagcombine transformation:
1675 define void @lshift_lt(i8 zeroext %a) nounwind {
1676 entry:
1677   %conv = zext i8 %a to i32
1678   %shl = shl i32 %conv, 3
1679   %cmp = icmp ult i32 %shl, 33
1680   br i1 %cmp, label %if.then, label %if.end
1681
1682 if.then:
1683   tail call void @bar() nounwind
1684   ret void
1685
1686 if.end:
1687   ret void
1688 }
1689 declare void @bar() nounwind
1690
1691 The shift should be eliminated.  Testcase derived from gcc.
1692
1693 //===---------------------------------------------------------------------===//
1694
1695 These compile into different code, one gets recognized as a switch and the
1696 other doesn't due to phase ordering issues (PR6212):
1697
1698 int test1(int mainType, int subType) {
1699   if (mainType == 7)
1700     subType = 4;
1701   else if (mainType == 9)
1702     subType = 6;
1703   else if (mainType == 11)
1704     subType = 9;
1705   return subType;
1706 }
1707
1708 int test2(int mainType, int subType) {
1709   if (mainType == 7)
1710     subType = 4;
1711   if (mainType == 9)
1712     subType = 6;
1713   if (mainType == 11)
1714     subType = 9;
1715   return subType;
1716 }
1717
1718 //===---------------------------------------------------------------------===//
1719
1720 The following test case (from PR6576):
1721
1722 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1723 entry:
1724  %cond1 = icmp eq i32 %b, 0                      ; <i1> [#uses=1]
1725  br i1 %cond1, label %exit, label %bb.nph
1726 bb.nph:                                           ; preds = %entry
1727  %tmp = mul i32 %b, %a                           ; <i32> [#uses=1]
1728  ret i32 %tmp
1729 exit:                                             ; preds = %entry
1730  ret i32 0
1731 }
1732
1733 could be reduced to:
1734
1735 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1736 entry:
1737  %tmp = mul i32 %b, %a
1738  ret i32 %tmp
1739 }
1740
1741 //===---------------------------------------------------------------------===//
1742
1743 We should use DSE + llvm.lifetime.end to delete dead vtable pointer updates.
1744 See GCC PR34949
1745
1746 Another interesting case is that something related could be used for variables
1747 that go const after their ctor has finished.  In these cases, globalopt (which
1748 can statically run the constructor) could mark the global const (so it gets put
1749 in the readonly section).  A testcase would be:
1750
1751 #include <complex>
1752 using namespace std;
1753 const complex<char> should_be_in_rodata (42,-42);
1754 complex<char> should_be_in_data (42,-42);
1755 complex<char> should_be_in_bss;
1756
1757 Where we currently evaluate the ctors but the globals don't become const because
1758 the optimizer doesn't know they "become const" after the ctor is done.  See
1759 GCC PR4131 for more examples.
1760
1761 //===---------------------------------------------------------------------===//
1762
1763 In this code:
1764
1765 long foo(long x) {
1766   return x > 1 ? x : 1;
1767 }
1768
1769 LLVM emits a comparison with 1 instead of 0. 0 would be equivalent
1770 and cheaper on most targets.
1771
1772 LLVM prefers comparisons with zero over non-zero in general, but in this
1773 case it choses instead to keep the max operation obvious.
1774
1775 //===---------------------------------------------------------------------===//
1776
1777 define void @a(i32 %x) nounwind {
1778 entry:
1779   switch i32 %x, label %if.end [
1780     i32 0, label %if.then
1781     i32 1, label %if.then
1782     i32 2, label %if.then
1783     i32 3, label %if.then
1784     i32 5, label %if.then
1785   ]
1786 if.then:
1787   tail call void @foo() nounwind
1788   ret void
1789 if.end:
1790   ret void
1791 }
1792 declare void @foo()
1793
1794 Generated code on x86-64 (other platforms give similar results):
1795 a:
1796         cmpl    $5, %edi
1797         ja      LBB2_2
1798         cmpl    $4, %edi
1799         jne     LBB2_3
1800 .LBB0_2:
1801         ret
1802 .LBB0_3:
1803         jmp     foo  # TAILCALL
1804
1805 If we wanted to be really clever, we could simplify the whole thing to
1806 something like the following, which eliminates a branch:
1807         xorl    $1, %edi
1808         cmpl    $4, %edi
1809         ja      .LBB0_2
1810         ret
1811 .LBB0_2:
1812         jmp     foo  # TAILCALL
1813
1814 //===---------------------------------------------------------------------===//
1815
1816 We compile this:
1817
1818 int foo(int a) { return (a & (~15)) / 16; }
1819
1820 Into:
1821
1822 define i32 @foo(i32 %a) nounwind readnone ssp {
1823 entry:
1824   %and = and i32 %a, -16
1825   %div = sdiv i32 %and, 16
1826   ret i32 %div
1827 }
1828
1829 but this code (X & -A)/A is X >> log2(A) when A is a power of 2, so this case
1830 should be instcombined into just "a >> 4".
1831
1832 We do get this at the codegen level, so something knows about it, but 
1833 instcombine should catch it earlier:
1834
1835 _foo:                                   ## @foo
1836 ## BB#0:                                ## %entry
1837         movl    %edi, %eax
1838         sarl    $4, %eax
1839         ret
1840
1841 //===---------------------------------------------------------------------===//
1842
1843 This code (from GCC PR28685):
1844
1845 int test(int a, int b) {
1846   int lt = a < b;
1847   int eq = a == b;
1848   if (lt)
1849     return 1;
1850   return eq;
1851 }
1852
1853 Is compiled to:
1854
1855 define i32 @test(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1856 entry:
1857   %cmp = icmp slt i32 %a, %b
1858   br i1 %cmp, label %return, label %if.end
1859
1860 if.end:                                           ; preds = %entry
1861   %cmp5 = icmp eq i32 %a, %b
1862   %conv6 = zext i1 %cmp5 to i32
1863   ret i32 %conv6
1864
1865 return:                                           ; preds = %entry
1866   ret i32 1
1867 }
1868
1869 it could be:
1870
1871 define i32 @test__(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1872 entry:
1873   %0 = icmp sle i32 %a, %b
1874   %retval = zext i1 %0 to i32
1875   ret i32 %retval
1876 }
1877
1878 //===---------------------------------------------------------------------===//
1879
1880 This code can be seen in viterbi:
1881
1882   %64 = call noalias i8* @malloc(i64 %62) nounwind
1883 ...
1884   %67 = call i64 @llvm.objectsize.i64(i8* %64, i1 false) nounwind
1885   %68 = call i8* @__memset_chk(i8* %64, i32 0, i64 %62, i64 %67) nounwind
1886
1887 llvm.objectsize.i64 should be taught about malloc/calloc, allowing it to
1888 fold to %62.  This is a security win (overflows of malloc will get caught)
1889 and also a performance win by exposing more memsets to the optimizer.
1890
1891 This occurs several times in viterbi.
1892
1893 Note that this would change the semantics of @llvm.objectsize which by its
1894 current definition always folds to a constant. We also should make sure that
1895 we remove checking in code like
1896
1897   char *p = malloc(strlen(s)+1);
1898   __strcpy_chk(p, s, __builtin_objectsize(p, 0));
1899
1900 //===---------------------------------------------------------------------===//
1901
1902 This code (from Benchmarks/Dhrystone/dry.c):
1903
1904 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1905 entry:
1906   %sext = shl i32 %0, 24
1907   %conv = ashr i32 %sext, 24
1908   %sext6 = shl i32 %1, 24
1909   %conv4 = ashr i32 %sext6, 24
1910   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1911   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1912   ret i32 %.
1913 }
1914
1915 Should be simplified into something like:
1916
1917 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1918 entry:
1919   %sext = shl i32 %0, 24
1920   %conv = and i32 %sext, 0xFF000000
1921   %sext6 = shl i32 %1, 24
1922   %conv4 = and i32 %sext6, 0xFF000000
1923   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1924   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1925   ret i32 %.
1926 }
1927
1928 and then to:
1929
1930 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1931 entry:
1932   %conv = and i32 %0, 0xFF
1933   %conv4 = and i32 %1, 0xFF
1934   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1935   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1936   ret i32 %.
1937 }
1938 //===---------------------------------------------------------------------===//
1939
1940 clang -O3 currently compiles this code
1941
1942 int g(unsigned int a) {
1943   unsigned int c[100];
1944   c[10] = a;
1945   c[11] = a;
1946   unsigned int b = c[10] + c[11];
1947   if(b > a*2) a = 4;
1948   else a = 8;
1949   return a + 7;
1950 }
1951
1952 into
1953
1954 define i32 @g(i32 a) nounwind readnone {
1955   %add = shl i32 %a, 1
1956   %mul = shl i32 %a, 1
1957   %cmp = icmp ugt i32 %add, %mul
1958   %a.addr.0 = select i1 %cmp, i32 11, i32 15
1959   ret i32 %a.addr.0
1960 }
1961
1962 The icmp should fold to false. This CSE opportunity is only available
1963 after GVN and InstCombine have run.
1964
1965 //===---------------------------------------------------------------------===//
1966
1967 memcpyopt should turn this:
1968
1969 define i8* @test10(i32 %x) {
1970   %alloc = call noalias i8* @malloc(i32 %x) nounwind
1971   call void @llvm.memset.p0i8.i32(i8* %alloc, i8 0, i32 %x, i32 1, i1 false)
1972   ret i8* %alloc
1973 }
1974
1975 into a call to calloc.  We should make sure that we analyze calloc as
1976 aggressively as malloc though.
1977
1978 //===---------------------------------------------------------------------===//
1979
1980 clang -O3 doesn't optimize this:
1981
1982 void f1(int* begin, int* end) {
1983   std::fill(begin, end, 0);
1984 }
1985
1986 into a memset.  This is PR8942.
1987
1988 //===---------------------------------------------------------------------===//
1989
1990 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
1991
1992 void f(int N) {
1993   std::vector<int> v(N);
1994
1995   extern void sink(void*); sink(&v);
1996 }
1997
1998 into
1999
2000 define void @_Z1fi(i32 %N) nounwind {
2001 entry:
2002   %v2 = alloca [3 x i32*], align 8
2003   %v2.sub = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 0
2004   %tmpcast = bitcast [3 x i32*]* %v2 to %"class.std::vector"*
2005   %conv = sext i32 %N to i64
2006   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2007   %tmp3.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 1
2008   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2009   %tmp4.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 2
2010   store i32* null, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2011   %cmp.i.i.i.i = icmp eq i32 %N, 0
2012   br i1 %cmp.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i, label %cond.true.i.i.i.i
2013
2014 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i: ; preds = %entry
2015   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2016   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2017   %add.ptr.i5.i.i = getelementptr inbounds i32* null, i64 %conv
2018   store i32* %add.ptr.i5.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2019   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2020
2021 cond.true.i.i.i.i:                                ; preds = %entry
2022   %cmp.i.i.i.i.i = icmp slt i32 %N, 0
2023   br i1 %cmp.i.i.i.i.i, label %if.then.i.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i
2024
2025 if.then.i.i.i.i.i:                                ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2026   call void @_ZSt17__throw_bad_allocv() noreturn nounwind
2027   unreachable
2028
2029 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i:    ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2030   %mul.i.i.i.i.i = shl i64 %conv, 2
2031   %call3.i.i.i.i.i = call noalias i8* @_Znwm(i64 %mul.i.i.i.i.i) nounwind
2032   %0 = bitcast i8* %call3.i.i.i.i.i to i32*
2033   store i32* %0, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2034   store i32* %0, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2035   %add.ptr.i.i.i = getelementptr inbounds i32* %0, i64 %conv
2036   store i32* %add.ptr.i.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2037   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)
2038   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2039
2040 This is just the handling the construction of the vector. Most surprising here
2041 is the fact that all three null stores in %entry are dead (because we do no
2042 cross-block DSE).
2043
2044 Also surprising is that %conv isn't simplified to 0 in %....exit.thread.i.i.
2045 This is a because the client of LazyValueInfo doesn't simplify all instruction
2046 operands, just selected ones.
2047
2048 //===---------------------------------------------------------------------===//
2049
2050 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2051
2052 void f(char* a, int n) {
2053   __builtin_memset(a, 0, n);
2054   for (int i = 0; i < n; ++i)
2055     a[i] = 0;
2056 }
2057
2058 into:
2059
2060 define void @_Z1fPci(i8* nocapture %a, i32 %n) nounwind {
2061 entry:
2062   %conv = sext i32 %n to i64
2063   tail call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %conv, i32 1, i1 false)
2064   %cmp8 = icmp sgt i32 %n, 0
2065   br i1 %cmp8, label %for.body.lr.ph, label %for.end
2066
2067 for.body.lr.ph:                                   ; preds = %entry
2068   %tmp10 = add i32 %n, -1
2069   %tmp11 = zext i32 %tmp10 to i64
2070   %tmp12 = add i64 %tmp11, 1
2071   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %tmp12, i32 1, i1 false)
2072   ret void
2073
2074 for.end:                                          ; preds = %entry
2075   ret void
2076 }
2077
2078 This shouldn't need the ((zext (%n - 1)) + 1) game, and it should ideally fold
2079 the two memset's together.
2080
2081 The issue with the addition only occurs in 64-bit mode, and appears to be at
2082 least partially caused by Scalar Evolution not keeping its cache updated: it
2083 returns the "wrong" result immediately after indvars runs, but figures out the
2084 expected result if it is run from scratch on IR resulting from running indvars.
2085
2086 //===---------------------------------------------------------------------===//
2087
2088 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2089
2090 struct S {
2091   unsigned short m1, m2;
2092   unsigned char m3, m4;
2093 };
2094
2095 void f(int N) {
2096   std::vector<S> v(N);
2097   extern void sink(void*); sink(&v);
2098 }
2099
2100 into poor code for zero-initializing 'v' when N is >0. The problem is that
2101 S is only 6 bytes, but each element is 8 byte-aligned. We generate a loop and
2102 4 stores on each iteration. If the struct were 8 bytes, this gets turned into
2103 a memset.
2104
2105 In order to handle this we have to:
2106   A) Teach clang to generate metadata for memsets of structs that have holes in
2107      them.
2108   B) Teach clang to use such a memset for zero init of this struct (since it has
2109      a hole), instead of doing elementwise zeroing.
2110
2111 //===---------------------------------------------------------------------===//
2112
2113 clang -O3 currently compiles this code:
2114
2115 extern const int magic;
2116 double f() { return 0.0 * magic; }
2117
2118 into
2119
2120 @magic = external constant i32
2121
2122 define double @_Z1fv() nounwind readnone {
2123 entry:
2124   %tmp = load i32* @magic, align 4, !tbaa !0
2125   %conv = sitofp i32 %tmp to double
2126   %mul = fmul double %conv, 0.000000e+00
2127   ret double %mul
2128 }
2129
2130 We should be able to fold away this fmul to 0.0.  More generally, fmul(x,0.0)
2131 can be folded to 0.0 if we can prove that the LHS is not -0.0, not a NaN, and
2132 not an INF.  The CannotBeNegativeZero predicate in value tracking should be
2133 extended to support general "fpclassify" operations that can return 
2134 yes/no/unknown for each of these predicates.
2135
2136 In this predicate, we know that uitofp is trivially never NaN or -0.0, and
2137 we know that it isn't +/-Inf if the floating point type has enough exponent bits
2138 to represent the largest integer value as < inf.
2139
2140 //===---------------------------------------------------------------------===//
2141
2142 When optimizing a transformation that can change the sign of 0.0 (such as the
2143 0.0*val -> 0.0 transformation above), it might be provable that the sign of the
2144 expression doesn't matter.  For example, by the above rules, we can't transform
2145 fmul(sitofp(x), 0.0) into 0.0, because x might be -1 and the result of the
2146 expression is defined to be -0.0.
2147
2148 If we look at the uses of the fmul for example, we might be able to prove that
2149 all uses don't care about the sign of zero.  For example, if we have:
2150
2151   fadd(fmul(sitofp(x), 0.0), 2.0)
2152
2153 Since we know that x+2.0 doesn't care about the sign of any zeros in X, we can
2154 transform the fmul to 0.0, and then the fadd to 2.0.
2155
2156 //===---------------------------------------------------------------------===//
2157
2158 We should enhance memcpy/memcpy/memset to allow a metadata node on them
2159 indicating that some bytes of the transfer are undefined.  This is useful for
2160 frontends like clang when lowering struct copies, when some elements of the
2161 struct are undefined.  Consider something like this:
2162
2163 struct x {
2164   char a;
2165   int b[4];
2166 };
2167 void foo(struct x*P);
2168 struct x testfunc() {
2169   struct x V1, V2;
2170   foo(&V1);
2171   V2 = V1;
2172
2173   return V2;
2174 }
2175
2176 We currently compile this to:
2177 $ clang t.c -S -o - -O0 -emit-llvm | opt -scalarrepl -S
2178
2179
2180 %struct.x = type { i8, [4 x i32] }
2181
2182 define void @testfunc(%struct.x* sret %agg.result) nounwind ssp {
2183 entry:
2184   %V1 = alloca %struct.x, align 4
2185   call void @foo(%struct.x* %V1)
2186   %tmp1 = bitcast %struct.x* %V1 to i8*
2187   %0 = bitcast %struct.x* %V1 to i160*
2188   %srcval1 = load i160* %0, align 4
2189   %tmp2 = bitcast %struct.x* %agg.result to i8*
2190   %1 = bitcast %struct.x* %agg.result to i160*
2191   store i160 %srcval1, i160* %1, align 4
2192   ret void
2193 }
2194
2195 This happens because SRoA sees that the temp alloca has is being memcpy'd into
2196 and out of and it has holes and it has to be conservative.  If we knew about the
2197 holes, then this could be much much better.
2198
2199 Having information about these holes would also improve memcpy (etc) lowering at
2200 llc time when it gets inlined, because we can use smaller transfers.  This also
2201 avoids partial register stalls in some important cases.
2202
2203 //===---------------------------------------------------------------------===//
2204
2205 We don't fold (icmp (add) (add)) unless the two adds only have a single use.
2206 There are a lot of cases that we're refusing to fold in (e.g.) 256.bzip2, for
2207 example:
2208
2209  %indvar.next90 = add i64 %indvar89, 1     ;; Has 2 uses
2210  %tmp96 = add i64 %tmp95, 1                ;; Has 1 use
2211  %exitcond97 = icmp eq i64 %indvar.next90, %tmp96
2212
2213 We don't fold this because we don't want to introduce an overlapped live range
2214 of the ivar.  However if we can make this more aggressive without causing
2215 performance issues in two ways:
2216
2217 1. If *either* the LHS or RHS has a single use, we can definitely do the
2218    transformation.  In the overlapping liverange case we're trading one register
2219    use for one fewer operation, which is a reasonable trade.  Before doing this
2220    we should verify that the llc output actually shrinks for some benchmarks.
2221 2. If both ops have multiple uses, we can still fold it if the operations are
2222    both sinkable to *after* the icmp (e.g. in a subsequent block) which doesn't
2223    increase register pressure.
2224
2225 There are a ton of icmp's we aren't simplifying because of the reg pressure
2226 concern.  Care is warranted here though because many of these are induction
2227 variables and other cases that matter a lot to performance, like the above.
2228 Here's a blob of code that you can drop into the bottom of visitICmp to see some
2229 missed cases:
2230
2231   { Value *A, *B, *C, *D;
2232     if (match(Op0, m_Add(m_Value(A), m_Value(B))) && 
2233         match(Op1, m_Add(m_Value(C), m_Value(D))) &&
2234         (A == C || A == D || B == C || B == D)) {
2235       errs() << "OP0 = " << *Op0 << "  U=" << Op0->getNumUses() << "\n";
2236       errs() << "OP1 = " << *Op1 << "  U=" << Op1->getNumUses() << "\n";
2237       errs() << "CMP = " << I << "\n\n";
2238     }
2239   }
2240
2241 //===---------------------------------------------------------------------===//
2242
2243 define i1 @test1(i32 %x) nounwind {
2244   %and = and i32 %x, 3
2245   %cmp = icmp ult i32 %and, 2
2246   ret i1 %cmp
2247 }
2248
2249 Can be folded to (x & 2) == 0.
2250
2251 define i1 @test2(i32 %x) nounwind {
2252   %and = and i32 %x, 3
2253   %cmp = icmp ugt i32 %and, 1
2254   ret i1 %cmp
2255 }
2256
2257 Can be folded to (x & 2) != 0.
2258
2259 SimplifyDemandedBits shrinks the "and" constant to 2 but instcombine misses the
2260 icmp transform.
2261
2262 //===---------------------------------------------------------------------===//
2263
2264 This code:
2265
2266 typedef struct {
2267 int f1:1;
2268 int f2:1;
2269 int f3:1;
2270 int f4:29;
2271 } t1;
2272
2273 typedef struct {
2274 int f1:1;
2275 int f2:1;
2276 int f3:30;
2277 } t2;
2278
2279 t1 s1;
2280 t2 s2;
2281
2282 void func1(void)
2283 {
2284 s1.f1 = s2.f1;
2285 s1.f2 = s2.f2;
2286 }
2287
2288 Compiles into this IR (on x86-64 at least):
2289
2290 %struct.t1 = type { i8, [3 x i8] }
2291 @s2 = global %struct.t1 zeroinitializer, align 4
2292 @s1 = global %struct.t1 zeroinitializer, align 4
2293 define void @func1() nounwind ssp noredzone {
2294 entry:
2295   %0 = load i32* bitcast (%struct.t1* @s2 to i32*), align 4
2296   %bf.val.sext5 = and i32 %0, 1
2297   %1 = load i32* bitcast (%struct.t1* @s1 to i32*), align 4
2298   %2 = and i32 %1, -4
2299   %3 = or i32 %2, %bf.val.sext5
2300   %bf.val.sext26 = and i32 %0, 2
2301   %4 = or i32 %3, %bf.val.sext26
2302   store i32 %4, i32* bitcast (%struct.t1* @s1 to i32*), align 4
2303   ret void
2304 }
2305
2306 The two or/and's should be merged into one each.
2307
2308 //===---------------------------------------------------------------------===//
2309
2310 Machine level code hoisting can be useful in some cases.  For example, PR9408
2311 is about:
2312
2313 typedef union {
2314  void (*f1)(int);
2315  void (*f2)(long);
2316 } funcs;
2317
2318 void foo(funcs f, int which) {
2319  int a = 5;
2320  if (which) {
2321    f.f1(a);
2322  } else {
2323    f.f2(a);
2324  }
2325 }
2326
2327 which we compile to:
2328
2329 foo:                                    # @foo
2330 # BB#0:                                 # %entry
2331        pushq   %rbp
2332        movq    %rsp, %rbp
2333        testl   %esi, %esi
2334        movq    %rdi, %rax
2335        je      .LBB0_2
2336 # BB#1:                                 # %if.then
2337        movl    $5, %edi
2338        callq   *%rax
2339        popq    %rbp
2340        ret
2341 .LBB0_2:                                # %if.else
2342        movl    $5, %edi
2343        callq   *%rax
2344        popq    %rbp
2345        ret
2346
2347 Note that bb1 and bb2 are the same.  This doesn't happen at the IR level
2348 because one call is passing an i32 and the other is passing an i64.
2349
2350 //===---------------------------------------------------------------------===//
2351
2352 I see this sort of pattern in 176.gcc in a few places (e.g. the start of
2353 store_bit_field).  The rem should be replaced with a multiply and subtract:
2354
2355   %3 = sdiv i32 %A, %B
2356   %4 = srem i32 %A, %B
2357
2358 Similarly for udiv/urem.  Note that this shouldn't be done on X86 or ARM,
2359 which can do this in a single operation (instruction or libcall).  It is
2360 probably best to do this in the code generator.
2361
2362 //===---------------------------------------------------------------------===//
2363
2364 unsigned foo(unsigned x, unsigned y) { return (x & y) == 0 || x == 0; }
2365 should fold to (x & y) == 0.
2366
2367 //===---------------------------------------------------------------------===//
2368
2369 unsigned foo(unsigned x, unsigned y) { return x > y && x != 0; }
2370 should fold to x > y.
2371
2372 //===---------------------------------------------------------------------===//
2373
2374 int f(double x) { return __builtin_fabs(x) < 0.0; }
2375 should fold to false.
2376
2377 //===---------------------------------------------------------------------===//