This has been implemented.
[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 Divisibility by constant can be simplified (according to GCC PR12849) from
737 being a mulhi to being a mul lo (cheaper).  Testcase:
738
739 void bar(unsigned n) {
740   if (n % 3 == 0)
741     true();
742 }
743
744 This is equivalent to the following, where 2863311531 is the multiplicative
745 inverse of 3, and 1431655766 is ((2^32)-1)/3+1:
746 void bar(unsigned n) {
747   if (n * 2863311531U < 1431655766U)
748     true();
749 }
750
751 The same transformation can work with an even modulo with the addition of a
752 rotate: rotate the result of the multiply to the right by the number of bits
753 which need to be zero for the condition to be true, and shrink the compare RHS
754 by the same amount.  Unless the target supports rotates, though, that
755 transformation probably isn't worthwhile.
756
757 The transformation can also easily be made to work with non-zero equality
758 comparisons: just transform, for example, "n % 3 == 1" to "(n-1) % 3 == 0".
759
760 //===---------------------------------------------------------------------===//
761
762 Better mod/ref analysis for scanf would allow us to eliminate the vtable and a
763 bunch of other stuff from this example (see PR1604): 
764
765 #include <cstdio>
766 struct test {
767     int val;
768     virtual ~test() {}
769 };
770
771 int main() {
772     test t;
773     std::scanf("%d", &t.val);
774     std::printf("%d\n", t.val);
775 }
776
777 //===---------------------------------------------------------------------===//
778
779 These functions perform the same computation, but produce different assembly.
780
781 define i8 @select(i8 %x) readnone nounwind {
782   %A = icmp ult i8 %x, 250
783   %B = select i1 %A, i8 0, i8 1
784   ret i8 %B 
785 }
786
787 define i8 @addshr(i8 %x) readnone nounwind {
788   %A = zext i8 %x to i9
789   %B = add i9 %A, 6       ;; 256 - 250 == 6
790   %C = lshr i9 %B, 8
791   %D = trunc i9 %C to i8
792   ret i8 %D
793 }
794
795 //===---------------------------------------------------------------------===//
796
797 From gcc bug 24696:
798 int
799 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
800 {
801   return ((a & (c - 1)) != 0) || ((b & (c - 1)) != 0);
802 }
803 int
804 f (unsigned long a, unsigned long b, unsigned long c)
805 {
806   return ((a & (c - 1)) != 0) | ((b & (c - 1)) != 0);
807 }
808 Both should combine to ((a|b) & (c-1)) != 0.  Currently not optimized with
809 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
810
811 //===---------------------------------------------------------------------===//
812
813 From GCC Bug 20192:
814 #define PMD_MASK    (~((1UL << 23) - 1))
815 void clear_pmd_range(unsigned long start, unsigned long end)
816 {
817    if (!(start & ~PMD_MASK) && !(end & ~PMD_MASK))
818        f();
819 }
820 The expression should optimize to something like
821 "!((start|end)&~PMD_MASK). Currently not optimized with "clang
822 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
823
824 //===---------------------------------------------------------------------===//
825
826 unsigned int f(unsigned int i, unsigned int n) {++i; if (i == n) ++i; return
827 i;}
828 unsigned int f2(unsigned int i, unsigned int n) {++i; i += i == n; return i;}
829 These should combine to the same thing.  Currently, the first function
830 produces better code on X86.
831
832 //===---------------------------------------------------------------------===//
833
834 From GCC Bug 15784:
835 #define abs(x) x>0?x:-x
836 int f(int x, int y)
837 {
838  return (abs(x)) >= 0;
839 }
840 This should optimize to x == INT_MIN. (With -fwrapv.)  Currently not
841 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
842
843 //===---------------------------------------------------------------------===//
844
845 From GCC Bug 14753:
846 void
847 rotate_cst (unsigned int a)
848 {
849  a = (a << 10) | (a >> 22);
850  if (a == 123)
851    bar ();
852 }
853 void
854 minus_cst (unsigned int a)
855 {
856  unsigned int tem;
857
858  tem = 20 - a;
859  if (tem == 5)
860    bar ();
861 }
862 void
863 mask_gt (unsigned int a)
864 {
865  /* This is equivalent to a > 15.  */
866  if ((a & ~7) > 8)
867    bar ();
868 }
869 void
870 rshift_gt (unsigned int a)
871 {
872  /* This is equivalent to a > 23.  */
873  if ((a >> 2) > 5)
874    bar ();
875 }
876
877 void neg_eq_cst(unsigned int a) {
878 if (-a == 123)
879 bar();
880 }
881
882 All should simplify to a single comparison.  All of these are
883 currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt
884 -std-compile-opts".
885
886 //===---------------------------------------------------------------------===//
887
888 From GCC Bug 32605:
889 int c(int* x) {return (char*)x+2 == (char*)x;}
890 Should combine to 0.  Currently not optimized with "clang
891 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts" (although llc can optimize it).
892
893 //===---------------------------------------------------------------------===//
894
895 int a(unsigned b) {return ((b << 31) | (b << 30)) >> 31;}
896 Should be combined to  "((b >> 1) | b) & 1".  Currently not optimized
897 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
898
899 //===---------------------------------------------------------------------===//
900
901 unsigned a(unsigned x, unsigned y) { return x | (y & 1) | (y & 2);}
902 Should combine to "x | (y & 3)".  Currently not optimized with "clang
903 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
904
905 //===---------------------------------------------------------------------===//
906
907 int a(int a, int b, int c) {return (~a & c) | ((c|a) & b);}
908 Should fold to "(~a & c) | (a & b)".  Currently not optimized with
909 "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
910
911 //===---------------------------------------------------------------------===//
912
913 int a(int a,int b) {return (~(a|b))|a;}
914 Should fold to "a|~b".  Currently not optimized with "clang
915 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
916
917 //===---------------------------------------------------------------------===//
918
919 int a(int a, int b) {return (a&&b) || (a&&!b);}
920 Should fold to "a".  Currently not optimized with "clang -emit-llvm-bc
921 | opt -std-compile-opts".
922
923 //===---------------------------------------------------------------------===//
924
925 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (!a&&c);}
926 Should fold to "a ? b : c", or at least something sane.  Currently not
927 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
928
929 //===---------------------------------------------------------------------===//
930
931 int a(int a, int b, int c) {return (a&&b) || (a&&c) || (a&&b&&c);}
932 Should fold to a && (b || c).  Currently not optimized with "clang
933 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
934
935 //===---------------------------------------------------------------------===//
936
937 int a(int x) {return x | ((x & 8) ^ 8);}
938 Should combine to x | 8.  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 also 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 | -9) ^ 8) & x;}
950 Should combine to x & -9.  Currently not optimized with "clang
951 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
952
953 //===---------------------------------------------------------------------===//
954
955 unsigned a(unsigned a) {return a * 0x11111111 >> 28 & 1;}
956 Should combine to "a * 0x88888888 >> 31".  Currently not optimized
957 with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
958
959 //===---------------------------------------------------------------------===//
960
961 unsigned a(char* x) {if ((*x & 32) == 0) return b();}
962 There's an unnecessary zext in the generated code with "clang
963 -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
964
965 //===---------------------------------------------------------------------===//
966
967 unsigned a(unsigned long long x) {return 40 * (x >> 1);}
968 Should combine to "20 * (((unsigned)x) & -2)".  Currently not
969 optimized with "clang -emit-llvm-bc | opt -std-compile-opts".
970
971 //===---------------------------------------------------------------------===//
972
973 This was noticed in the entryblock for grokdeclarator in 403.gcc:
974
975         %tmp = icmp eq i32 %decl_context, 4          
976         %decl_context_addr.0 = select i1 %tmp, i32 3, i32 %decl_context 
977         %tmp1 = icmp eq i32 %decl_context_addr.0, 1 
978         %decl_context_addr.1 = select i1 %tmp1, i32 0, i32 %decl_context_addr.0
979
980 tmp1 should be simplified to something like:
981   (!tmp || decl_context == 1)
982
983 This allows recursive simplifications, tmp1 is used all over the place in
984 the function, e.g. by:
985
986         %tmp23 = icmp eq i32 %decl_context_addr.1, 0            ; <i1> [#uses=1]
987         %tmp24 = xor i1 %tmp1, true             ; <i1> [#uses=1]
988         %or.cond8 = and i1 %tmp23, %tmp24               ; <i1> [#uses=1]
989
990 later.
991
992 //===---------------------------------------------------------------------===//
993
994 [STORE SINKING]
995
996 Store sinking: This code:
997
998 void f (int n, int *cond, int *res) {
999     int i;
1000     *res = 0;
1001     for (i = 0; i < n; i++)
1002         if (*cond)
1003             *res ^= 234; /* (*) */
1004 }
1005
1006 On this function GVN hoists the fully redundant value of *res, but nothing
1007 moves the store out.  This gives us this code:
1008
1009 bb:             ; preds = %bb2, %entry
1010         %.rle = phi i32 [ 0, %entry ], [ %.rle6, %bb2 ] 
1011         %i.05 = phi i32 [ 0, %entry ], [ %indvar.next, %bb2 ]
1012         %1 = load i32* %cond, align 4
1013         %2 = icmp eq i32 %1, 0
1014         br i1 %2, label %bb2, label %bb1
1015
1016 bb1:            ; preds = %bb
1017         %3 = xor i32 %.rle, 234 
1018         store i32 %3, i32* %res, align 4
1019         br label %bb2
1020
1021 bb2:            ; preds = %bb, %bb1
1022         %.rle6 = phi i32 [ %3, %bb1 ], [ %.rle, %bb ]   
1023         %indvar.next = add i32 %i.05, 1 
1024         %exitcond = icmp eq i32 %indvar.next, %n
1025         br i1 %exitcond, label %return, label %bb
1026
1027 DSE should sink partially dead stores to get the store out of the loop.
1028
1029 Here's another partial dead case:
1030 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12395
1031
1032 //===---------------------------------------------------------------------===//
1033
1034 Scalar PRE hoists the mul in the common block up to the else:
1035
1036 int test (int a, int b, int c, int g) {
1037   int d, e;
1038   if (a)
1039     d = b * c;
1040   else
1041     d = b - c;
1042   e = b * c + g;
1043   return d + e;
1044 }
1045
1046 It would be better to do the mul once to reduce codesize above the if.
1047 This is GCC PR38204.
1048
1049
1050 //===---------------------------------------------------------------------===//
1051 This simple function from 179.art:
1052
1053 int winner, numf2s;
1054 struct { double y; int   reset; } *Y;
1055
1056 void find_match() {
1057    int i;
1058    winner = 0;
1059    for (i=0;i<numf2s;i++)
1060        if (Y[i].y > Y[winner].y)
1061               winner =i;
1062 }
1063
1064 Compiles into (with clang TBAA):
1065
1066 for.body:                                         ; preds = %for.inc, %bb.nph
1067   %indvar = phi i64 [ 0, %bb.nph ], [ %indvar.next, %for.inc ]
1068   %i.01718 = phi i32 [ 0, %bb.nph ], [ %i.01719, %for.inc ]
1069   %tmp4 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %indvar, i32 0
1070   %tmp5 = load double* %tmp4, align 8, !tbaa !4
1071   %idxprom7 = sext i32 %i.01718 to i64
1072   %tmp10 = getelementptr inbounds %struct.anon* %tmp3, i64 %idxprom7, i32 0
1073   %tmp11 = load double* %tmp10, align 8, !tbaa !4
1074   %cmp12 = fcmp ogt double %tmp5, %tmp11
1075   br i1 %cmp12, label %if.then, label %for.inc
1076
1077 if.then:                                          ; preds = %for.body
1078   %i.017 = trunc i64 %indvar to i32
1079   br label %for.inc
1080
1081 for.inc:                                          ; preds = %for.body, %if.then
1082   %i.01719 = phi i32 [ %i.01718, %for.body ], [ %i.017, %if.then ]
1083   %indvar.next = add i64 %indvar, 1
1084   %exitcond = icmp eq i64 %indvar.next, %tmp22
1085   br i1 %exitcond, label %for.cond.for.end_crit_edge, label %for.body
1086
1087
1088 It is good that we hoisted the reloads of numf2's, and Y out of the loop and
1089 sunk the store to winner out.
1090
1091 However, this is awful on several levels: the conditional truncate in the loop
1092 (-indvars at fault? why can't we completely promote the IV to i64?).
1093
1094 Beyond that, we have a partially redundant load in the loop: if "winner" (aka 
1095 %i.01718) isn't updated, we reload Y[winner].y the next time through the loop.
1096 Similarly, the addressing that feeds it (including the sext) is redundant. In
1097 the end we get this generated assembly:
1098
1099 LBB0_2:                                 ## %for.body
1100                                         ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
1101         movsd   (%rdi), %xmm0
1102         movslq  %edx, %r8
1103         shlq    $4, %r8
1104         ucomisd (%rcx,%r8), %xmm0
1105         jbe     LBB0_4
1106         movl    %esi, %edx
1107 LBB0_4:                                 ## %for.inc
1108         addq    $16, %rdi
1109         incq    %rsi
1110         cmpq    %rsi, %rax
1111         jne     LBB0_2
1112
1113 All things considered this isn't too bad, but we shouldn't need the movslq or
1114 the shlq instruction, or the load folded into ucomisd every time through the
1115 loop.
1116
1117 On an x86-specific topic, if the loop can't be restructure, the movl should be a
1118 cmov.
1119
1120 //===---------------------------------------------------------------------===//
1121
1122 [STORE SINKING]
1123
1124 GCC PR37810 is an interesting case where we should sink load/store reload
1125 into the if block and outside the loop, so we don't reload/store it on the
1126 non-call path.
1127
1128 for () {
1129   *P += 1;
1130   if ()
1131     call();
1132   else
1133     ...
1134 ->
1135 tmp = *P
1136 for () {
1137   tmp += 1;
1138   if () {
1139     *P = tmp;
1140     call();
1141     tmp = *P;
1142   } else ...
1143 }
1144 *P = tmp;
1145
1146 We now hoist the reload after the call (Transforms/GVN/lpre-call-wrap.ll), but
1147 we don't sink the store.  We need partially dead store sinking.
1148
1149 //===---------------------------------------------------------------------===//
1150
1151 [LOAD PRE CRIT EDGE SPLITTING]
1152
1153 GCC PR37166: Sinking of loads prevents SROA'ing the "g" struct on the stack
1154 leading to excess stack traffic. This could be handled by GVN with some crazy
1155 symbolic phi translation.  The code we get looks like (g is on the stack):
1156
1157 bb2:            ; preds = %bb1
1158 ..
1159         %9 = getelementptr %struct.f* %g, i32 0, i32 0          
1160         store i32 %8, i32* %9, align  bel %bb3
1161
1162 bb3:            ; preds = %bb1, %bb2, %bb
1163         %c_addr.0 = phi %struct.f* [ %g, %bb2 ], [ %c, %bb ], [ %c, %bb1 ]
1164         %b_addr.0 = phi %struct.f* [ %b, %bb2 ], [ %g, %bb ], [ %b, %bb1 ]
1165         %10 = getelementptr %struct.f* %c_addr.0, i32 0, i32 0
1166         %11 = load i32* %10, align 4
1167
1168 %11 is partially redundant, an in BB2 it should have the value %8.
1169
1170 GCC PR33344 and PR35287 are similar cases.
1171
1172
1173 //===---------------------------------------------------------------------===//
1174
1175 [LOAD PRE]
1176
1177 There are many load PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/loadpre* in the
1178 GCC testsuite, ones we don't get yet are (checked through loadpre25):
1179
1180 [CRIT EDGE BREAKING]
1181 loadpre3.c predcom-4.c
1182
1183 [PRE OF READONLY CALL]
1184 loadpre5.c
1185
1186 [TURN SELECT INTO BRANCH]
1187 loadpre14.c loadpre15.c 
1188
1189 actually a conditional increment: loadpre18.c loadpre19.c
1190
1191 //===---------------------------------------------------------------------===//
1192
1193 [LOAD PRE / STORE SINKING / SPEC HACK]
1194
1195 This is a chunk of code from 456.hmmer:
1196
1197 int f(int M, int *mc, int *mpp, int *tpmm, int *ip, int *tpim, int *dpp,
1198      int *tpdm, int xmb, int *bp, int *ms) {
1199  int k, sc;
1200  for (k = 1; k <= M; k++) {
1201      mc[k] = mpp[k-1]   + tpmm[k-1];
1202      if ((sc = ip[k-1]  + tpim[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1203      if ((sc = dpp[k-1] + tpdm[k-1]) > mc[k])  mc[k] = sc;
1204      if ((sc = xmb  + bp[k])         > mc[k])  mc[k] = sc;
1205      mc[k] += ms[k];
1206    }
1207 }
1208
1209 It is very profitable for this benchmark to turn the conditional stores to mc[k]
1210 into a conditional move (select instr in IR) and allow the final store to do the
1211 store.  See GCC PR27313 for more details.  Note that this is valid to xform even
1212 with the new C++ memory model, since mc[k] is previously loaded and later
1213 stored.
1214
1215 //===---------------------------------------------------------------------===//
1216
1217 [SCALAR PRE]
1218 There are many PRE testcases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/ssa-pre-*.c in the
1219 GCC testsuite.
1220
1221 //===---------------------------------------------------------------------===//
1222
1223 There are some interesting cases in testsuite/gcc.dg/tree-ssa/pred-comm* in the
1224 GCC testsuite.  For example, we get the first example in predcom-1.c, but 
1225 miss the second one:
1226
1227 unsigned fib[1000];
1228 unsigned avg[1000];
1229
1230 __attribute__ ((noinline))
1231 void count_averages(int n) {
1232   int i;
1233   for (i = 1; i < n; i++)
1234     avg[i] = (((unsigned long) fib[i - 1] + fib[i] + fib[i + 1]) / 3) & 0xffff;
1235 }
1236
1237 which compiles into two loads instead of one in the loop.
1238
1239 predcom-2.c is the same as predcom-1.c
1240
1241 predcom-3.c is very similar but needs loads feeding each other instead of
1242 store->load.
1243
1244
1245 //===---------------------------------------------------------------------===//
1246
1247 [ALIAS ANALYSIS]
1248
1249 Type based alias analysis:
1250 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=14705
1251
1252 We should do better analysis of posix_memalign.  At the least it should
1253 no-capture its pointer argument, at best, we should know that the out-value
1254 result doesn't point to anything (like malloc).  One example of this is in
1255 SingleSource/Benchmarks/Misc/dt.c
1256
1257 //===---------------------------------------------------------------------===//
1258
1259 Interesting missed case because of control flow flattening (should be 2 loads):
1260 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=26629
1261 With: llvm-gcc t2.c -S -o - -O0 -emit-llvm | llvm-as | 
1262              opt -mem2reg -gvn -instcombine | llvm-dis
1263 we miss it because we need 1) CRIT EDGE 2) MULTIPLE DIFFERENT
1264 VALS PRODUCED BY ONE BLOCK OVER DIFFERENT PATHS
1265
1266 //===---------------------------------------------------------------------===//
1267
1268 http://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=19633
1269 We could eliminate the branch condition here, loading from null is undefined:
1270
1271 struct S { int w, x, y, z; };
1272 struct T { int r; struct S s; };
1273 void bar (struct S, int);
1274 void foo (int a, struct T b)
1275 {
1276   struct S *c = 0;
1277   if (a)
1278     c = &b.s;
1279   bar (*c, a);
1280 }
1281
1282 //===---------------------------------------------------------------------===//
1283
1284 simplifylibcalls should do several optimizations for strspn/strcspn:
1285
1286 strcspn(x, "a") -> inlined loop for up to 3 letters (similarly for strspn):
1287
1288 size_t __strcspn_c3 (__const char *__s, int __reject1, int __reject2,
1289                      int __reject3) {
1290   register size_t __result = 0;
1291   while (__s[__result] != '\0' && __s[__result] != __reject1 &&
1292          __s[__result] != __reject2 && __s[__result] != __reject3)
1293     ++__result;
1294   return __result;
1295 }
1296
1297 This should turn into a switch on the character.  See PR3253 for some notes on
1298 codegen.
1299
1300 456.hmmer apparently uses strcspn and strspn a lot.  471.omnetpp uses strspn.
1301
1302 //===---------------------------------------------------------------------===//
1303
1304 "gas" uses this idiom:
1305   else if (strchr ("+-/*%|&^:[]()~", *intel_parser.op_string))
1306 ..
1307   else if (strchr ("<>", *intel_parser.op_string)
1308
1309 Those should be turned into a switch.
1310
1311 //===---------------------------------------------------------------------===//
1312
1313 252.eon contains this interesting code:
1314
1315         %3072 = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 0
1316         %3073 = call i8* @strcpy(i8* %3072, i8* %3071) nounwind
1317         %strlen = call i32 @strlen(i8* %3072)    ; uses = 1
1318         %endptr = getelementptr [100 x i8]* %tempString, i32 0, i32 %strlen
1319         call void @llvm.memcpy.i32(i8* %endptr, 
1320           i8* getelementptr ([5 x i8]* @"\01LC42", i32 0, i32 0), i32 5, i32 1)
1321         %3074 = call i32 @strlen(i8* %endptr) nounwind readonly 
1322         
1323 This is interesting for a couple reasons.  First, in this:
1324
1325 The memcpy+strlen strlen can be replaced with:
1326
1327         %3074 = call i32 @strlen([5 x i8]* @"\01LC42") nounwind readonly 
1328
1329 Because the destination was just copied into the specified memory buffer.  This,
1330 in turn, can be constant folded to "4".
1331
1332 In other code, it contains:
1333
1334         %endptr6978 = bitcast i8* %endptr69 to i32*            
1335         store i32 7107374, i32* %endptr6978, align 1
1336         %3167 = call i32 @strlen(i8* %endptr69) nounwind readonly    
1337
1338 Which could also be constant folded.  Whatever is producing this should probably
1339 be fixed to leave this as a memcpy from a string.
1340
1341 Further, eon also has an interesting partially redundant strlen call:
1342
1343 bb8:            ; preds = %_ZN18eonImageCalculatorC1Ev.exit
1344         %682 = getelementptr i8** %argv, i32 6          ; <i8**> [#uses=2]
1345         %683 = load i8** %682, align 4          ; <i8*> [#uses=4]
1346         %684 = load i8* %683, align 1           ; <i8> [#uses=1]
1347         %685 = icmp eq i8 %684, 0               ; <i1> [#uses=1]
1348         br i1 %685, label %bb10, label %bb9
1349
1350 bb9:            ; preds = %bb8
1351         %686 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1352         %687 = icmp ugt i32 %686, 254           ; <i1> [#uses=1]
1353         br i1 %687, label %bb10, label %bb11
1354
1355 bb10:           ; preds = %bb9, %bb8
1356         %688 = call i32 @strlen(i8* %683) nounwind readonly          
1357
1358 This could be eliminated by doing the strlen once in bb8, saving code size and
1359 improving perf on the bb8->9->10 path.
1360
1361 //===---------------------------------------------------------------------===//
1362
1363 I see an interesting fully redundant call to strlen left in 186.crafty:InputMove
1364 which looks like:
1365        %movetext11 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 0 
1366  
1367
1368 bb62:           ; preds = %bb55, %bb53
1369         %promote.0 = phi i32 [ %169, %bb55 ], [ 0, %bb53 ]             
1370         %171 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1371         %172 = add i32 %171, -1         ; <i32> [#uses=1]
1372         %173 = getelementptr [128 x i8]* %movetext, i32 0, i32 %172       
1373
1374 ...  no stores ...
1375        br i1 %or.cond, label %bb65, label %bb72
1376
1377 bb65:           ; preds = %bb62
1378         store i8 0, i8* %173, align 1
1379         br label %bb72
1380
1381 bb72:           ; preds = %bb65, %bb62
1382         %trank.1 = phi i32 [ %176, %bb65 ], [ -1, %bb62 ]            
1383         %177 = call i32 @strlen(i8* %movetext11) nounwind readonly align 1
1384
1385 Note that on the bb62->bb72 path, that the %177 strlen call is partially
1386 redundant with the %171 call.  At worst, we could shove the %177 strlen call
1387 up into the bb65 block moving it out of the bb62->bb72 path.   However, note
1388 that bb65 stores to the string, zeroing out the last byte.  This means that on
1389 that path the value of %177 is actually just %171-1.  A sub is cheaper than a
1390 strlen!
1391
1392 This pattern repeats several times, basically doing:
1393
1394   A = strlen(P);
1395   P[A-1] = 0;
1396   B = strlen(P);
1397   where it is "obvious" that B = A-1.
1398
1399 //===---------------------------------------------------------------------===//
1400
1401 186.crafty has this interesting pattern with the "out.4543" variable:
1402
1403 call void @llvm.memcpy.i32(
1404         i8* getelementptr ([10 x i8]* @out.4543, i32 0, i32 0),
1405        i8* getelementptr ([7 x i8]* @"\01LC28700", i32 0, i32 0), i32 7, i32 1) 
1406 %101 = call@printf(i8* ...   @out.4543, i32 0, i32 0)) nounwind 
1407
1408 It is basically doing:
1409
1410   memcpy(globalarray, "string");
1411   printf(...,  globalarray);
1412   
1413 Anyway, by knowing that printf just reads the memory and forward substituting
1414 the string directly into the printf, this eliminates reads from globalarray.
1415 Since this pattern occurs frequently in crafty (due to the "DisplayTime" and
1416 other similar functions) there are many stores to "out".  Once all the printfs
1417 stop using "out", all that is left is the memcpy's into it.  This should allow
1418 globalopt to remove the "stored only" global.
1419
1420 //===---------------------------------------------------------------------===//
1421
1422 This code:
1423
1424 define inreg i32 @foo(i8* inreg %p) nounwind {
1425   %tmp0 = load i8* %p
1426   %tmp1 = ashr i8 %tmp0, 5
1427   %tmp2 = sext i8 %tmp1 to i32
1428   ret i32 %tmp2
1429 }
1430
1431 could be dagcombine'd to a sign-extending load with a shift.
1432 For example, on x86 this currently gets this:
1433
1434         movb    (%eax), %al
1435         sarb    $5, %al
1436         movsbl  %al, %eax
1437
1438 while it could get this:
1439
1440         movsbl  (%eax), %eax
1441         sarl    $5, %eax
1442
1443 //===---------------------------------------------------------------------===//
1444
1445 GCC PR31029:
1446
1447 int test(int x) { return 1-x == x; }     // --> return false
1448 int test2(int x) { return 2-x == x; }    // --> return x == 1 ?
1449
1450 Always foldable for odd constants, what is the rule for even?
1451
1452 //===---------------------------------------------------------------------===//
1453
1454 PR 3381: GEP to field of size 0 inside a struct could be turned into GEP
1455 for next field in struct (which is at same address).
1456
1457 For example: store of float into { {{}}, float } could be turned into a store to
1458 the float directly.
1459
1460 //===---------------------------------------------------------------------===//
1461
1462 The arg promotion pass should make use of nocapture to make its alias analysis
1463 stuff much more precise.
1464
1465 //===---------------------------------------------------------------------===//
1466
1467 The following functions should be optimized to use a select instead of a
1468 branch (from gcc PR40072):
1469
1470 char char_int(int m) {if(m>7) return 0; return m;}
1471 int int_char(char m) {if(m>7) return 0; return m;}
1472
1473 //===---------------------------------------------------------------------===//
1474
1475 int func(int a, int b) { if (a & 0x80) b |= 0x80; else b &= ~0x80; return b; }
1476
1477 Generates this:
1478
1479 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1480 entry:
1481   %0 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1482   %1 = icmp eq i32 %0, 0                          ; <i1> [#uses=1]
1483   %2 = or i32 %b, 128                             ; <i32> [#uses=1]
1484   %3 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1485   %b_addr.0 = select i1 %1, i32 %3, i32 %2        ; <i32> [#uses=1]
1486   ret i32 %b_addr.0
1487 }
1488
1489 However, it's functionally equivalent to:
1490
1491          b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1492
1493 Which generates this:
1494
1495 define i32 @func(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1496 entry:
1497   %0 = and i32 %b, -129                           ; <i32> [#uses=1]
1498   %1 = and i32 %a, 128                            ; <i32> [#uses=1]
1499   %2 = or i32 %0, %1                              ; <i32> [#uses=1]
1500   ret i32 %2
1501 }
1502
1503 This can be generalized for other forms:
1504
1505      b = (b & ~0x80) | (a & 0x40) << 1;
1506
1507 //===---------------------------------------------------------------------===//
1508
1509 These two functions produce different code. They shouldn't:
1510
1511 #include <stdint.h>
1512  
1513 uint8_t p1(uint8_t b, uint8_t a) {
1514   b = (b & ~0xc0) | (a & 0xc0);
1515   return (b);
1516 }
1517  
1518 uint8_t p2(uint8_t b, uint8_t a) {
1519   b = (b & ~0x40) | (a & 0x40);
1520   b = (b & ~0x80) | (a & 0x80);
1521   return (b);
1522 }
1523
1524 define zeroext i8 @p1(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1525 entry:
1526   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1527   %1 = and i8 %a, -64                             ; <i8> [#uses=1]
1528   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1529   ret i8 %2
1530 }
1531
1532 define zeroext i8 @p2(i8 zeroext %b, i8 zeroext %a) nounwind readnone ssp {
1533 entry:
1534   %0 = and i8 %b, 63                              ; <i8> [#uses=1]
1535   %.masked = and i8 %a, 64                        ; <i8> [#uses=1]
1536   %1 = and i8 %a, -128                            ; <i8> [#uses=1]
1537   %2 = or i8 %1, %0                               ; <i8> [#uses=1]
1538   %3 = or i8 %2, %.masked                         ; <i8> [#uses=1]
1539   ret i8 %3
1540 }
1541
1542 //===---------------------------------------------------------------------===//
1543
1544 IPSCCP does not currently propagate argument dependent constants through
1545 functions where it does not not all of the callers.  This includes functions
1546 with normal external linkage as well as templates, C99 inline functions etc.
1547 Specifically, it does nothing to:
1548
1549 define i32 @test(i32 %x, i32 %y, i32 %z) nounwind {
1550 entry:
1551   %0 = add nsw i32 %y, %z                         
1552   %1 = mul i32 %0, %x                             
1553   %2 = mul i32 %y, %z                             
1554   %3 = add nsw i32 %1, %2                         
1555   ret i32 %3
1556 }
1557
1558 define i32 @test2() nounwind {
1559 entry:
1560   %0 = call i32 @test(i32 1, i32 2, i32 4) nounwind
1561   ret i32 %0
1562 }
1563
1564 It would be interesting extend IPSCCP to be able to handle simple cases like
1565 this, where all of the arguments to a call are constant.  Because IPSCCP runs
1566 before inlining, trivial templates and inline functions are not yet inlined.
1567 The results for a function + set of constant arguments should be memoized in a
1568 map.
1569
1570 //===---------------------------------------------------------------------===//
1571
1572 The libcall constant folding stuff should be moved out of SimplifyLibcalls into
1573 libanalysis' constantfolding logic.  This would allow IPSCCP to be able to
1574 handle simple things like this:
1575
1576 static int foo(const char *X) { return strlen(X); }
1577 int bar() { return foo("abcd"); }
1578
1579 //===---------------------------------------------------------------------===//
1580
1581 functionattrs doesn't know much about memcpy/memset.  This function should be
1582 marked readnone rather than readonly, since it only twiddles local memory, but
1583 functionattrs doesn't handle memset/memcpy/memmove aggressively:
1584
1585 struct X { int *p; int *q; };
1586 int foo() {
1587  int i = 0, j = 1;
1588  struct X x, y;
1589  int **p;
1590  y.p = &i;
1591  x.q = &j;
1592  p = __builtin_memcpy (&x, &y, sizeof (int *));
1593  return **p;
1594 }
1595
1596 This can be seen at:
1597 $ clang t.c -S -o - -mkernel -O0 -emit-llvm | opt -functionattrs -S
1598
1599
1600 //===---------------------------------------------------------------------===//
1601
1602 Missed instcombine transformation:
1603 define i1 @a(i32 %x) nounwind readnone {
1604 entry:
1605   %cmp = icmp eq i32 %x, 30
1606   %sub = add i32 %x, -30
1607   %cmp2 = icmp ugt i32 %sub, 9
1608   %or = or i1 %cmp, %cmp2
1609   ret i1 %or
1610 }
1611 This should be optimized to a single compare.  Testcase derived from gcc.
1612
1613 //===---------------------------------------------------------------------===//
1614
1615 Missed instcombine or reassociate transformation:
1616 int a(int a, int b) { return (a==12)&(b>47)&(b<58); }
1617
1618 The sgt and slt should be combined into a single comparison. Testcase derived
1619 from gcc.
1620
1621 //===---------------------------------------------------------------------===//
1622
1623 Missed instcombine transformation:
1624
1625   %382 = srem i32 %tmp14.i, 64                    ; [#uses=1]
1626   %383 = zext i32 %382 to i64                     ; [#uses=1]
1627   %384 = shl i64 %381, %383                       ; [#uses=1]
1628   %385 = icmp slt i32 %tmp14.i, 64                ; [#uses=1]
1629
1630 The srem can be transformed to an and because if %tmp14.i is negative, the
1631 shift is undefined.  Testcase derived from 403.gcc.
1632
1633 //===---------------------------------------------------------------------===//
1634
1635 This is a range comparison on a divided result (from 403.gcc):
1636
1637   %1337 = sdiv i32 %1336, 8                       ; [#uses=1]
1638   %.off.i208 = add i32 %1336, 7                   ; [#uses=1]
1639   %1338 = icmp ult i32 %.off.i208, 15             ; [#uses=1]
1640   
1641 We already catch this (removing the sdiv) if there isn't an add, we should
1642 handle the 'add' as well.  This is a common idiom with it's builtin_alloca code.
1643 C testcase:
1644
1645 int a(int x) { return (unsigned)(x/16+7) < 15; }
1646
1647 Another similar case involves truncations on 64-bit targets:
1648
1649   %361 = sdiv i64 %.046, 8                        ; [#uses=1]
1650   %362 = trunc i64 %361 to i32                    ; [#uses=2]
1651 ...
1652   %367 = icmp eq i32 %362, 0                      ; [#uses=1]
1653
1654 //===---------------------------------------------------------------------===//
1655
1656 Missed instcombine/dagcombine transformation:
1657 define void @lshift_lt(i8 zeroext %a) nounwind {
1658 entry:
1659   %conv = zext i8 %a to i32
1660   %shl = shl i32 %conv, 3
1661   %cmp = icmp ult i32 %shl, 33
1662   br i1 %cmp, label %if.then, label %if.end
1663
1664 if.then:
1665   tail call void @bar() nounwind
1666   ret void
1667
1668 if.end:
1669   ret void
1670 }
1671 declare void @bar() nounwind
1672
1673 The shift should be eliminated.  Testcase derived from gcc.
1674
1675 //===---------------------------------------------------------------------===//
1676
1677 These compile into different code, one gets recognized as a switch and the
1678 other doesn't due to phase ordering issues (PR6212):
1679
1680 int test1(int mainType, int subType) {
1681   if (mainType == 7)
1682     subType = 4;
1683   else if (mainType == 9)
1684     subType = 6;
1685   else if (mainType == 11)
1686     subType = 9;
1687   return subType;
1688 }
1689
1690 int test2(int mainType, int subType) {
1691   if (mainType == 7)
1692     subType = 4;
1693   if (mainType == 9)
1694     subType = 6;
1695   if (mainType == 11)
1696     subType = 9;
1697   return subType;
1698 }
1699
1700 //===---------------------------------------------------------------------===//
1701
1702 The following test case (from PR6576):
1703
1704 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1705 entry:
1706  %cond1 = icmp eq i32 %b, 0                      ; <i1> [#uses=1]
1707  br i1 %cond1, label %exit, label %bb.nph
1708 bb.nph:                                           ; preds = %entry
1709  %tmp = mul i32 %b, %a                           ; <i32> [#uses=1]
1710  ret i32 %tmp
1711 exit:                                             ; preds = %entry
1712  ret i32 0
1713 }
1714
1715 could be reduced to:
1716
1717 define i32 @mul(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone {
1718 entry:
1719  %tmp = mul i32 %b, %a
1720  ret i32 %tmp
1721 }
1722
1723 //===---------------------------------------------------------------------===//
1724
1725 We should use DSE + llvm.lifetime.end to delete dead vtable pointer updates.
1726 See GCC PR34949
1727
1728 Another interesting case is that something related could be used for variables
1729 that go const after their ctor has finished.  In these cases, globalopt (which
1730 can statically run the constructor) could mark the global const (so it gets put
1731 in the readonly section).  A testcase would be:
1732
1733 #include <complex>
1734 using namespace std;
1735 const complex<char> should_be_in_rodata (42,-42);
1736 complex<char> should_be_in_data (42,-42);
1737 complex<char> should_be_in_bss;
1738
1739 Where we currently evaluate the ctors but the globals don't become const because
1740 the optimizer doesn't know they "become const" after the ctor is done.  See
1741 GCC PR4131 for more examples.
1742
1743 //===---------------------------------------------------------------------===//
1744
1745 In this code:
1746
1747 long foo(long x) {
1748   return x > 1 ? x : 1;
1749 }
1750
1751 LLVM emits a comparison with 1 instead of 0. 0 would be equivalent
1752 and cheaper on most targets.
1753
1754 LLVM prefers comparisons with zero over non-zero in general, but in this
1755 case it choses instead to keep the max operation obvious.
1756
1757 //===---------------------------------------------------------------------===//
1758
1759 Take the following testcase on x86-64 (similar testcases exist for all targets
1760 with addc/adde):
1761
1762 define void @a(i64* nocapture %s, i64* nocapture %t, i64 %a, i64 %b,
1763 i64 %c) nounwind {
1764 entry:
1765  %0 = zext i64 %a to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1766  %1 = zext i64 %b to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1767  %2 = add i128 %1, %0                            ; <i128> [#uses=2]
1768  %3 = zext i64 %c to i128                        ; <i128> [#uses=1]
1769  %4 = shl i128 %3, 64                            ; <i128> [#uses=1]
1770  %5 = add i128 %4, %2                            ; <i128> [#uses=1]
1771  %6 = lshr i128 %5, 64                           ; <i128> [#uses=1]
1772  %7 = trunc i128 %6 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1773  store i64 %7, i64* %s, align 8
1774  %8 = trunc i128 %2 to i64                       ; <i64> [#uses=1]
1775  store i64 %8, i64* %t, align 8
1776  ret void
1777 }
1778
1779 Generated code:
1780         addq    %rcx, %rdx
1781         sbbq    %rax, %rax
1782         subq    %rax, %r8
1783         movq    %r8, (%rdi)
1784         movq    %rdx, (%rsi)
1785         ret
1786
1787 Expected code:
1788        addq    %rcx, %rdx
1789        adcq    $0, %r8
1790        movq    %r8, (%rdi)
1791        movq    %rdx, (%rsi)
1792        ret
1793
1794 //===---------------------------------------------------------------------===//
1795
1796 Switch lowering generates less than ideal code for the following switch:
1797 define void @a(i32 %x) nounwind {
1798 entry:
1799   switch i32 %x, label %if.end [
1800     i32 0, label %if.then
1801     i32 1, label %if.then
1802     i32 2, label %if.then
1803     i32 3, label %if.then
1804     i32 5, label %if.then
1805   ]
1806 if.then:
1807   tail call void @foo() nounwind
1808   ret void
1809 if.end:
1810   ret void
1811 }
1812 declare void @foo()
1813
1814 Generated code on x86-64 (other platforms give similar results):
1815 a:
1816         cmpl    $5, %edi
1817         ja      .LBB0_2
1818         movl    %edi, %eax
1819         movl    $47, %ecx
1820         btq     %rax, %rcx
1821         jb      .LBB0_3
1822 .LBB0_2:
1823         ret
1824 .LBB0_3:
1825         jmp     foo  # TAILCALL
1826
1827 The movl+movl+btq+jb could be simplified to a cmpl+jne.
1828
1829 Or, if we wanted to be really clever, we could simplify the whole thing to
1830 something like the following, which eliminates a branch:
1831         xorl    $1, %edi
1832         cmpl    $4, %edi
1833         ja      .LBB0_2
1834         ret
1835 .LBB0_2:
1836         jmp     foo  # TAILCALL
1837
1838 //===---------------------------------------------------------------------===//
1839
1840 We compile this:
1841
1842 int foo(int a) { return (a & (~15)) / 16; }
1843
1844 Into:
1845
1846 define i32 @foo(i32 %a) nounwind readnone ssp {
1847 entry:
1848   %and = and i32 %a, -16
1849   %div = sdiv i32 %and, 16
1850   ret i32 %div
1851 }
1852
1853 but this code (X & -A)/A is X >> log2(A) when A is a power of 2, so this case
1854 should be instcombined into just "a >> 4".
1855
1856 We do get this at the codegen level, so something knows about it, but 
1857 instcombine should catch it earlier:
1858
1859 _foo:                                   ## @foo
1860 ## BB#0:                                ## %entry
1861         movl    %edi, %eax
1862         sarl    $4, %eax
1863         ret
1864
1865 //===---------------------------------------------------------------------===//
1866
1867 This code (from GCC PR28685):
1868
1869 int test(int a, int b) {
1870   int lt = a < b;
1871   int eq = a == b;
1872   if (lt)
1873     return 1;
1874   return eq;
1875 }
1876
1877 Is compiled to:
1878
1879 define i32 @test(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1880 entry:
1881   %cmp = icmp slt i32 %a, %b
1882   br i1 %cmp, label %return, label %if.end
1883
1884 if.end:                                           ; preds = %entry
1885   %cmp5 = icmp eq i32 %a, %b
1886   %conv6 = zext i1 %cmp5 to i32
1887   ret i32 %conv6
1888
1889 return:                                           ; preds = %entry
1890   ret i32 1
1891 }
1892
1893 it could be:
1894
1895 define i32 @test__(i32 %a, i32 %b) nounwind readnone ssp {
1896 entry:
1897   %0 = icmp sle i32 %a, %b
1898   %retval = zext i1 %0 to i32
1899   ret i32 %retval
1900 }
1901
1902 //===---------------------------------------------------------------------===//
1903
1904 This code can be seen in viterbi:
1905
1906   %64 = call noalias i8* @malloc(i64 %62) nounwind
1907 ...
1908   %67 = call i64 @llvm.objectsize.i64(i8* %64, i1 false) nounwind
1909   %68 = call i8* @__memset_chk(i8* %64, i32 0, i64 %62, i64 %67) nounwind
1910
1911 llvm.objectsize.i64 should be taught about malloc/calloc, allowing it to
1912 fold to %62.  This is a security win (overflows of malloc will get caught)
1913 and also a performance win by exposing more memsets to the optimizer.
1914
1915 This occurs several times in viterbi.
1916
1917 Note that this would change the semantics of @llvm.objectsize which by its
1918 current definition always folds to a constant. We also should make sure that
1919 we remove checking in code like
1920
1921   char *p = malloc(strlen(s)+1);
1922   __strcpy_chk(p, s, __builtin_objectsize(p, 0));
1923
1924 //===---------------------------------------------------------------------===//
1925
1926 This code (from Benchmarks/Dhrystone/dry.c):
1927
1928 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1929 entry:
1930   %sext = shl i32 %0, 24
1931   %conv = ashr i32 %sext, 24
1932   %sext6 = shl i32 %1, 24
1933   %conv4 = ashr i32 %sext6, 24
1934   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1935   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1936   ret i32 %.
1937 }
1938
1939 Should be simplified into something like:
1940
1941 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1942 entry:
1943   %sext = shl i32 %0, 24
1944   %conv = and i32 %sext, 0xFF000000
1945   %sext6 = shl i32 %1, 24
1946   %conv4 = and i32 %sext6, 0xFF000000
1947   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1948   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1949   ret i32 %.
1950 }
1951
1952 and then to:
1953
1954 define i32 @Func1(i32, i32) nounwind readnone optsize ssp {
1955 entry:
1956   %conv = and i32 %0, 0xFF
1957   %conv4 = and i32 %1, 0xFF
1958   %cmp = icmp eq i32 %conv, %conv4
1959   %. = select i1 %cmp, i32 10000, i32 0
1960   ret i32 %.
1961 }
1962 //===---------------------------------------------------------------------===//
1963
1964 clang -O3 currently compiles this code
1965
1966 int g(unsigned int a) {
1967   unsigned int c[100];
1968   c[10] = a;
1969   c[11] = a;
1970   unsigned int b = c[10] + c[11];
1971   if(b > a*2) a = 4;
1972   else a = 8;
1973   return a + 7;
1974 }
1975
1976 into
1977
1978 define i32 @g(i32 a) nounwind readnone {
1979   %add = shl i32 %a, 1
1980   %mul = shl i32 %a, 1
1981   %cmp = icmp ugt i32 %add, %mul
1982   %a.addr.0 = select i1 %cmp, i32 11, i32 15
1983   ret i32 %a.addr.0
1984 }
1985
1986 The icmp should fold to false. This CSE opportunity is only available
1987 after GVN and InstCombine have run.
1988
1989 //===---------------------------------------------------------------------===//
1990
1991 memcpyopt should turn this:
1992
1993 define i8* @test10(i32 %x) {
1994   %alloc = call noalias i8* @malloc(i32 %x) nounwind
1995   call void @llvm.memset.p0i8.i32(i8* %alloc, i8 0, i32 %x, i32 1, i1 false)
1996   ret i8* %alloc
1997 }
1998
1999 into a call to calloc.  We should make sure that we analyze calloc as
2000 aggressively as malloc though.
2001
2002 //===---------------------------------------------------------------------===//
2003
2004 clang -O3 doesn't optimize this:
2005
2006 void f1(int* begin, int* end) {
2007   std::fill(begin, end, 0);
2008 }
2009
2010 into a memset.  This is PR8942.
2011
2012 //===---------------------------------------------------------------------===//
2013
2014 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2015
2016 void f(int N) {
2017   std::vector<int> v(N);
2018
2019   extern void sink(void*); sink(&v);
2020 }
2021
2022 into
2023
2024 define void @_Z1fi(i32 %N) nounwind {
2025 entry:
2026   %v2 = alloca [3 x i32*], align 8
2027   %v2.sub = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 0
2028   %tmpcast = bitcast [3 x i32*]* %v2 to %"class.std::vector"*
2029   %conv = sext i32 %N to i64
2030   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2031   %tmp3.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 1
2032   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2033   %tmp4.i.i.i.i.i = getelementptr inbounds [3 x i32*]* %v2, i64 0, i64 2
2034   store i32* null, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2035   %cmp.i.i.i.i = icmp eq i32 %N, 0
2036   br i1 %cmp.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i, label %cond.true.i.i.i.i
2037
2038 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.thread.i.i: ; preds = %entry
2039   store i32* null, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2040   store i32* null, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2041   %add.ptr.i5.i.i = getelementptr inbounds i32* null, i64 %conv
2042   store i32* %add.ptr.i5.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2043   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2044
2045 cond.true.i.i.i.i:                                ; preds = %entry
2046   %cmp.i.i.i.i.i = icmp slt i32 %N, 0
2047   br i1 %cmp.i.i.i.i.i, label %if.then.i.i.i.i.i, label %_ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i
2048
2049 if.then.i.i.i.i.i:                                ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2050   call void @_ZSt17__throw_bad_allocv() noreturn nounwind
2051   unreachable
2052
2053 _ZNSt12_Vector_baseIiSaIiEEC2EmRKS0_.exit.i.i:    ; preds = %cond.true.i.i.i.i
2054   %mul.i.i.i.i.i = shl i64 %conv, 2
2055   %call3.i.i.i.i.i = call noalias i8* @_Znwm(i64 %mul.i.i.i.i.i) nounwind
2056   %0 = bitcast i8* %call3.i.i.i.i.i to i32*
2057   store i32* %0, i32** %v2.sub, align 8, !tbaa !0
2058   store i32* %0, i32** %tmp3.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2059   %add.ptr.i.i.i = getelementptr inbounds i32* %0, i64 %conv
2060   store i32* %add.ptr.i.i.i, i32** %tmp4.i.i.i.i.i, align 8, !tbaa !0
2061   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)
2062   br label %_ZNSt6vectorIiSaIiEEC1EmRKiRKS0_.exit
2063
2064 This is just the handling the construction of the vector. Most surprising here
2065 is the fact that all three null stores in %entry are dead (because we do no
2066 cross-block DSE).
2067
2068 Also surprising is that %conv isn't simplified to 0 in %....exit.thread.i.i.
2069 This is a because the client of LazyValueInfo doesn't simplify all instruction
2070 operands, just selected ones.
2071
2072 //===---------------------------------------------------------------------===//
2073
2074 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2075
2076 void f(char* a, int n) {
2077   __builtin_memset(a, 0, n);
2078   for (int i = 0; i < n; ++i)
2079     a[i] = 0;
2080 }
2081
2082 into:
2083
2084 define void @_Z1fPci(i8* nocapture %a, i32 %n) nounwind {
2085 entry:
2086   %conv = sext i32 %n to i64
2087   tail call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %conv, i32 1, i1 false)
2088   %cmp8 = icmp sgt i32 %n, 0
2089   br i1 %cmp8, label %for.body.lr.ph, label %for.end
2090
2091 for.body.lr.ph:                                   ; preds = %entry
2092   %tmp10 = add i32 %n, -1
2093   %tmp11 = zext i32 %tmp10 to i64
2094   %tmp12 = add i64 %tmp11, 1
2095   call void @llvm.memset.p0i8.i64(i8* %a, i8 0, i64 %tmp12, i32 1, i1 false)
2096   ret void
2097
2098 for.end:                                          ; preds = %entry
2099   ret void
2100 }
2101
2102 This shouldn't need the ((zext (%n - 1)) + 1) game, and it should ideally fold
2103 the two memset's together. The issue with %n seems to stem from poor handling
2104 of the original loop.
2105
2106 To simplify this, we need SCEV to know that "n != 0" because of the dominating
2107 conditional.  That would turn the second memset into a simple memset of 'n'.
2108
2109 //===---------------------------------------------------------------------===//
2110
2111 clang -O3 -fno-exceptions currently compiles this code:
2112
2113 struct S {
2114   unsigned short m1, m2;
2115   unsigned char m3, m4;
2116 };
2117
2118 void f(int N) {
2119   std::vector<S> v(N);
2120   extern void sink(void*); sink(&v);
2121 }
2122
2123 into poor code for zero-initializing 'v' when N is >0. The problem is that
2124 S is only 6 bytes, but each element is 8 byte-aligned. We generate a loop and
2125 4 stores on each iteration. If the struct were 8 bytes, this gets turned into
2126 a memset.
2127
2128 In order to handle this we have to:
2129   A) Teach clang to generate metadata for memsets of structs that have holes in
2130      them.
2131   B) Teach clang to use such a memset for zero init of this struct (since it has
2132      a hole), instead of doing elementwise zeroing.
2133
2134 //===---------------------------------------------------------------------===//
2135
2136 clang -O3 currently compiles this code:
2137
2138 extern const int magic;
2139 double f() { return 0.0 * magic; }
2140
2141 into
2142
2143 @magic = external constant i32
2144
2145 define double @_Z1fv() nounwind readnone {
2146 entry:
2147   %tmp = load i32* @magic, align 4, !tbaa !0
2148   %conv = sitofp i32 %tmp to double
2149   %mul = fmul double %conv, 0.000000e+00
2150   ret double %mul
2151 }
2152
2153 We should be able to fold away this fmul to 0.0.  More generally, fmul(x,0.0)
2154 can be folded to 0.0 if we can prove that the LHS is not -0.0, not a NaN, and
2155 not an INF.  The CannotBeNegativeZero predicate in value tracking should be
2156 extended to support general "fpclassify" operations that can return 
2157 yes/no/unknown for each of these predicates.
2158
2159 In this predicate, we know that uitofp is trivially never NaN or -0.0, and
2160 we know that it isn't +/-Inf if the floating point type has enough exponent bits
2161 to represent the largest integer value as < inf.
2162
2163 //===---------------------------------------------------------------------===//
2164
2165 When optimizing a transformation that can change the sign of 0.0 (such as the
2166 0.0*val -> 0.0 transformation above), it might be provable that the sign of the
2167 expression doesn't matter.  For example, by the above rules, we can't transform
2168 fmul(sitofp(x), 0.0) into 0.0, because x might be -1 and the result of the
2169 expression is defined to be -0.0.
2170
2171 If we look at the uses of the fmul for example, we might be able to prove that
2172 all uses don't care about the sign of zero.  For example, if we have:
2173
2174   fadd(fmul(sitofp(x), 0.0), 2.0)
2175
2176 Since we know that x+2.0 doesn't care about the sign of any zeros in X, we can
2177 transform the fmul to 0.0, and then the fadd to 2.0.
2178
2179 //===---------------------------------------------------------------------===//
2180
2181 We should enhance memcpy/memcpy/memset to allow a metadata node on them
2182 indicating that some bytes of the transfer are undefined.  This is useful for
2183 frontends like clang when lowering struct copies, when some elements of the
2184 struct are undefined.  Consider something like this:
2185
2186 struct x {
2187   char a;
2188   int b[4];
2189 };
2190 void foo(struct x*P);
2191 struct x testfunc() {
2192   struct x V1, V2;
2193   foo(&V1);
2194   V2 = V1;
2195
2196   return V2;
2197 }
2198
2199 We currently compile this to:
2200 $ clang t.c -S -o - -O0 -emit-llvm | opt -scalarrepl -S
2201
2202
2203 %struct.x = type { i8, [4 x i32] }
2204
2205 define void @testfunc(%struct.x* sret %agg.result) nounwind ssp {
2206 entry:
2207   %V1 = alloca %struct.x, align 4
2208   call void @foo(%struct.x* %V1)
2209   %tmp1 = bitcast %struct.x* %V1 to i8*
2210   %0 = bitcast %struct.x* %V1 to i160*
2211   %srcval1 = load i160* %0, align 4
2212   %tmp2 = bitcast %struct.x* %agg.result to i8*
2213   %1 = bitcast %struct.x* %agg.result to i160*
2214   store i160 %srcval1, i160* %1, align 4
2215   ret void
2216 }
2217
2218 This happens because SRoA sees that the temp alloca has is being memcpy'd into
2219 and out of and it has holes and it has to be conservative.  If we knew about the
2220 holes, then this could be much much better.
2221
2222 Having information about these holes would also improve memcpy (etc) lowering at
2223 llc time when it gets inlined, because we can use smaller transfers.  This also
2224 avoids partial register stalls in some important cases.
2225
2226 //===---------------------------------------------------------------------===//
2227
2228 We don't fold (icmp (add) (add)) unless the two adds only have a single use.
2229 There are a lot of cases that we're refusing to fold in (e.g.) 256.bzip2, for
2230 example:
2231
2232  %indvar.next90 = add i64 %indvar89, 1     ;; Has 2 uses
2233  %tmp96 = add i64 %tmp95, 1                ;; Has 1 use
2234  %exitcond97 = icmp eq i64 %indvar.next90, %tmp96
2235
2236 We don't fold this because we don't want to introduce an overlapped live range
2237 of the ivar.  However if we can make this more aggressive without causing
2238 performance issues in two ways:
2239
2240 1. If *either* the LHS or RHS has a single use, we can definitely do the
2241    transformation.  In the overlapping liverange case we're trading one register
2242    use for one fewer operation, which is a reasonable trade.  Before doing this
2243    we should verify that the llc output actually shrinks for some benchmarks.
2244 2. If both ops have multiple uses, we can still fold it if the operations are
2245    both sinkable to *after* the icmp (e.g. in a subsequent block) which doesn't
2246    increase register pressure.
2247
2248 There are a ton of icmp's we aren't simplifying because of the reg pressure
2249 concern.  Care is warranted here though because many of these are induction
2250 variables and other cases that matter a lot to performance, like the above.
2251 Here's a blob of code that you can drop into the bottom of visitICmp to see some
2252 missed cases:
2253
2254   { Value *A, *B, *C, *D;
2255     if (match(Op0, m_Add(m_Value(A), m_Value(B))) && 
2256         match(Op1, m_Add(m_Value(C), m_Value(D))) &&
2257         (A == C || A == D || B == C || B == D)) {
2258       errs() << "OP0 = " << *Op0 << "  U=" << Op0->getNumUses() << "\n";
2259       errs() << "OP1 = " << *Op1 << "  U=" << Op1->getNumUses() << "\n";
2260       errs() << "CMP = " << I << "\n\n";
2261     }
2262   }
2263
2264 //===---------------------------------------------------------------------===//
2265
2266