[Refactor] Have getNonLocalPointerDependency take the query instruction
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / GVN.cpp
1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs global value numbering to eliminate fully redundant
11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
12 //
13 // Note that this pass does the value numbering itself; it does not use the
14 // ValueNumbering analysis passes.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
19 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
20 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
21 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
22 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
23 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
24 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
25 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
26 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
27 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
28 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
29 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
30 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
31 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
32 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
33 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
34 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
35 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
36 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
37 #include "llvm/IR/Dominators.h"
38 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
39 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
40 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
41 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
42 #include "llvm/IR/Metadata.h"
43 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
44 #include "llvm/Support/Allocator.h"
45 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
46 #include "llvm/Support/Debug.h"
47 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
48 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
49 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
50 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
51 #include <vector>
52 using namespace llvm;
53 using namespace PatternMatch;
54
55 #define DEBUG_TYPE "gvn"
56
57 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
58 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
59 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
60 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
61 STATISTIC(NumGVNSimpl,  "Number of instructions simplified");
62 STATISTIC(NumGVNEqProp, "Number of equalities propagated");
63 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
64
65 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
66                                cl::init(true), cl::Hidden);
67 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
68
69 // Maximum allowed recursion depth.
70 static cl::opt<uint32_t>
71 MaxRecurseDepth("max-recurse-depth", cl::Hidden, cl::init(1000), cl::ZeroOrMore,
72                 cl::desc("Max recurse depth (default = 1000)"));
73
74 //===----------------------------------------------------------------------===//
75 //                         ValueTable Class
76 //===----------------------------------------------------------------------===//
77
78 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
79 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
80 /// two values.
81 namespace {
82   struct Expression {
83     uint32_t opcode;
84     Type *type;
85     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
86
87     Expression(uint32_t o = ~2U) : opcode(o) { }
88
89     bool operator==(const Expression &other) const {
90       if (opcode != other.opcode)
91         return false;
92       if (opcode == ~0U || opcode == ~1U)
93         return true;
94       if (type != other.type)
95         return false;
96       if (varargs != other.varargs)
97         return false;
98       return true;
99     }
100
101     friend hash_code hash_value(const Expression &Value) {
102       return hash_combine(Value.opcode, Value.type,
103                           hash_combine_range(Value.varargs.begin(),
104                                              Value.varargs.end()));
105     }
106   };
107
108   class ValueTable {
109     DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
110     DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
111     AliasAnalysis *AA;
112     MemoryDependenceAnalysis *MD;
113     DominatorTree *DT;
114
115     uint32_t nextValueNumber;
116
117     Expression create_expression(Instruction* I);
118     Expression create_cmp_expression(unsigned Opcode,
119                                      CmpInst::Predicate Predicate,
120                                      Value *LHS, Value *RHS);
121     Expression create_extractvalue_expression(ExtractValueInst* EI);
122     uint32_t lookup_or_add_call(CallInst* C);
123   public:
124     ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
125     uint32_t lookup_or_add(Value *V);
126     uint32_t lookup(Value *V) const;
127     uint32_t lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode, CmpInst::Predicate Pred,
128                                Value *LHS, Value *RHS);
129     void add(Value *V, uint32_t num);
130     void clear();
131     void erase(Value *v);
132     void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
133     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
134     void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
135     void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
136     uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
137     void verifyRemoved(const Value *) const;
138   };
139 }
140
141 namespace llvm {
142 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
143   static inline Expression getEmptyKey() {
144     return ~0U;
145   }
146
147   static inline Expression getTombstoneKey() {
148     return ~1U;
149   }
150
151   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
152     using llvm::hash_value;
153     return static_cast<unsigned>(hash_value(e));
154   }
155   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
156     return LHS == RHS;
157   }
158 };
159
160 }
161
162 //===----------------------------------------------------------------------===//
163 //                     ValueTable Internal Functions
164 //===----------------------------------------------------------------------===//
165
166 Expression ValueTable::create_expression(Instruction *I) {
167   Expression e;
168   e.type = I->getType();
169   e.opcode = I->getOpcode();
170   for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
171        OI != OE; ++OI)
172     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
173   if (I->isCommutative()) {
174     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
175     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
176     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
177     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
178     assert(I->getNumOperands() == 2 && "Unsupported commutative instruction!");
179     if (e.varargs[0] > e.varargs[1])
180       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
181   }
182
183   if (CmpInst *C = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
184     // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
185     CmpInst::Predicate Predicate = C->getPredicate();
186     if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
187       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
188       Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
189     }
190     e.opcode = (C->getOpcode() << 8) | Predicate;
191   } else if (InsertValueInst *E = dyn_cast<InsertValueInst>(I)) {
192     for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
193          II != IE; ++II)
194       e.varargs.push_back(*II);
195   }
196
197   return e;
198 }
199
200 Expression ValueTable::create_cmp_expression(unsigned Opcode,
201                                              CmpInst::Predicate Predicate,
202                                              Value *LHS, Value *RHS) {
203   assert((Opcode == Instruction::ICmp || Opcode == Instruction::FCmp) &&
204          "Not a comparison!");
205   Expression e;
206   e.type = CmpInst::makeCmpResultType(LHS->getType());
207   e.varargs.push_back(lookup_or_add(LHS));
208   e.varargs.push_back(lookup_or_add(RHS));
209
210   // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
211   if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
212     std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
213     Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
214   }
215   e.opcode = (Opcode << 8) | Predicate;
216   return e;
217 }
218
219 Expression ValueTable::create_extractvalue_expression(ExtractValueInst *EI) {
220   assert(EI && "Not an ExtractValueInst?");
221   Expression e;
222   e.type = EI->getType();
223   e.opcode = 0;
224
225   IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(EI->getAggregateOperand());
226   if (I != nullptr && EI->getNumIndices() == 1 && *EI->idx_begin() == 0 ) {
227     // EI might be an extract from one of our recognised intrinsics. If it
228     // is we'll synthesize a semantically equivalent expression instead on
229     // an extract value expression.
230     switch (I->getIntrinsicID()) {
231       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
232       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
233         e.opcode = Instruction::Add;
234         break;
235       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
236       case Intrinsic::usub_with_overflow:
237         e.opcode = Instruction::Sub;
238         break;
239       case Intrinsic::smul_with_overflow:
240       case Intrinsic::umul_with_overflow:
241         e.opcode = Instruction::Mul;
242         break;
243       default:
244         break;
245     }
246
247     if (e.opcode != 0) {
248       // Intrinsic recognized. Grab its args to finish building the expression.
249       assert(I->getNumArgOperands() == 2 &&
250              "Expect two args for recognised intrinsics.");
251       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(0)));
252       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(1)));
253       return e;
254     }
255   }
256
257   // Not a recognised intrinsic. Fall back to producing an extract value
258   // expression.
259   e.opcode = EI->getOpcode();
260   for (Instruction::op_iterator OI = EI->op_begin(), OE = EI->op_end();
261        OI != OE; ++OI)
262     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
263
264   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = EI->idx_begin(), IE = EI->idx_end();
265          II != IE; ++II)
266     e.varargs.push_back(*II);
267
268   return e;
269 }
270
271 //===----------------------------------------------------------------------===//
272 //                     ValueTable External Functions
273 //===----------------------------------------------------------------------===//
274
275 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
276 void ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
277   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
278 }
279
280 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_call(CallInst *C) {
281   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
282     Expression exp = create_expression(C);
283     uint32_t &e = expressionNumbering[exp];
284     if (!e) e = nextValueNumber++;
285     valueNumbering[C] = e;
286     return e;
287   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
288     Expression exp = create_expression(C);
289     uint32_t &e = expressionNumbering[exp];
290     if (!e) {
291       e = nextValueNumber++;
292       valueNumbering[C] = e;
293       return e;
294     }
295     if (!MD) {
296       e = nextValueNumber++;
297       valueNumbering[C] = e;
298       return e;
299     }
300
301     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
302
303     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
304       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
305       return nextValueNumber++;
306     }
307
308     if (local_dep.isDef()) {
309       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
310
311       if (local_cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
312         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
313         return nextValueNumber++;
314       }
315
316       for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
317         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
318         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getArgOperand(i));
319         if (c_vn != cd_vn) {
320           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
321           return nextValueNumber++;
322         }
323       }
324
325       uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
326       valueNumbering[C] = v;
327       return v;
328     }
329
330     // Non-local case.
331     const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
332       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
333     // FIXME: Move the checking logic to MemDep!
334     CallInst* cdep = nullptr;
335
336     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
337     // identical to C.
338     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
339       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
340       if (I->getResult().isNonLocal())
341         continue;
342
343       // We don't handle non-definitions.  If we already have a call, reject
344       // instruction dependencies.
345       if (!I->getResult().isDef() || cdep != nullptr) {
346         cdep = nullptr;
347         break;
348       }
349
350       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
351       // FIXME: All duplicated with non-local case.
352       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
353         cdep = NonLocalDepCall;
354         continue;
355       }
356
357       cdep = nullptr;
358       break;
359     }
360
361     if (!cdep) {
362       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
363       return nextValueNumber++;
364     }
365
366     if (cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
367       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
368       return nextValueNumber++;
369     }
370     for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
371       uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
372       uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getArgOperand(i));
373       if (c_vn != cd_vn) {
374         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
375         return nextValueNumber++;
376       }
377     }
378
379     uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
380     valueNumbering[C] = v;
381     return v;
382
383   } else {
384     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
385     return nextValueNumber++;
386   }
387 }
388
389 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
390 /// it a new number if it did not have one before.
391 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value *V) {
392   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
393   if (VI != valueNumbering.end())
394     return VI->second;
395
396   if (!isa<Instruction>(V)) {
397     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
398     return nextValueNumber++;
399   }
400
401   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
402   Expression exp;
403   switch (I->getOpcode()) {
404     case Instruction::Call:
405       return lookup_or_add_call(cast<CallInst>(I));
406     case Instruction::Add:
407     case Instruction::FAdd:
408     case Instruction::Sub:
409     case Instruction::FSub:
410     case Instruction::Mul:
411     case Instruction::FMul:
412     case Instruction::UDiv:
413     case Instruction::SDiv:
414     case Instruction::FDiv:
415     case Instruction::URem:
416     case Instruction::SRem:
417     case Instruction::FRem:
418     case Instruction::Shl:
419     case Instruction::LShr:
420     case Instruction::AShr:
421     case Instruction::And:
422     case Instruction::Or:
423     case Instruction::Xor:
424     case Instruction::ICmp:
425     case Instruction::FCmp:
426     case Instruction::Trunc:
427     case Instruction::ZExt:
428     case Instruction::SExt:
429     case Instruction::FPToUI:
430     case Instruction::FPToSI:
431     case Instruction::UIToFP:
432     case Instruction::SIToFP:
433     case Instruction::FPTrunc:
434     case Instruction::FPExt:
435     case Instruction::PtrToInt:
436     case Instruction::IntToPtr:
437     case Instruction::BitCast:
438     case Instruction::Select:
439     case Instruction::ExtractElement:
440     case Instruction::InsertElement:
441     case Instruction::ShuffleVector:
442     case Instruction::InsertValue:
443     case Instruction::GetElementPtr:
444       exp = create_expression(I);
445       break;
446     case Instruction::ExtractValue:
447       exp = create_extractvalue_expression(cast<ExtractValueInst>(I));
448       break;
449     default:
450       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
451       return nextValueNumber++;
452   }
453
454   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
455   if (!e) e = nextValueNumber++;
456   valueNumbering[V] = e;
457   return e;
458 }
459
460 /// lookup - Returns the value number of the specified value. Fails if
461 /// the value has not yet been numbered.
462 uint32_t ValueTable::lookup(Value *V) const {
463   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
464   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
465   return VI->second;
466 }
467
468 /// lookup_or_add_cmp - Returns the value number of the given comparison,
469 /// assigning it a new number if it did not have one before.  Useful when
470 /// we deduced the result of a comparison, but don't immediately have an
471 /// instruction realizing that comparison to hand.
472 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode,
473                                        CmpInst::Predicate Predicate,
474                                        Value *LHS, Value *RHS) {
475   Expression exp = create_cmp_expression(Opcode, Predicate, LHS, RHS);
476   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
477   if (!e) e = nextValueNumber++;
478   return e;
479 }
480
481 /// clear - Remove all entries from the ValueTable.
482 void ValueTable::clear() {
483   valueNumbering.clear();
484   expressionNumbering.clear();
485   nextValueNumber = 1;
486 }
487
488 /// erase - Remove a value from the value numbering.
489 void ValueTable::erase(Value *V) {
490   valueNumbering.erase(V);
491 }
492
493 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
494 /// structures.
495 void ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
496   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
497          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
498     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
499   }
500 }
501
502 //===----------------------------------------------------------------------===//
503 //                                GVN Pass
504 //===----------------------------------------------------------------------===//
505
506 namespace {
507   class GVN;
508   struct AvailableValueInBlock {
509     /// BB - The basic block in question.
510     BasicBlock *BB;
511     enum ValType {
512       SimpleVal,  // A simple offsetted value that is accessed.
513       LoadVal,    // A value produced by a load.
514       MemIntrin,  // A memory intrinsic which is loaded from.
515       UndefVal    // A UndefValue representing a value from dead block (which
516                   // is not yet physically removed from the CFG). 
517     };
518   
519     /// V - The value that is live out of the block.
520     PointerIntPair<Value *, 2, ValType> Val;
521   
522     /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
523     unsigned Offset;
524   
525     static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
526                                      unsigned Offset = 0) {
527       AvailableValueInBlock Res;
528       Res.BB = BB;
529       Res.Val.setPointer(V);
530       Res.Val.setInt(SimpleVal);
531       Res.Offset = Offset;
532       return Res;
533     }
534   
535     static AvailableValueInBlock getMI(BasicBlock *BB, MemIntrinsic *MI,
536                                        unsigned Offset = 0) {
537       AvailableValueInBlock Res;
538       Res.BB = BB;
539       Res.Val.setPointer(MI);
540       Res.Val.setInt(MemIntrin);
541       Res.Offset = Offset;
542       return Res;
543     }
544   
545     static AvailableValueInBlock getLoad(BasicBlock *BB, LoadInst *LI,
546                                          unsigned Offset = 0) {
547       AvailableValueInBlock Res;
548       Res.BB = BB;
549       Res.Val.setPointer(LI);
550       Res.Val.setInt(LoadVal);
551       Res.Offset = Offset;
552       return Res;
553     }
554
555     static AvailableValueInBlock getUndef(BasicBlock *BB) {
556       AvailableValueInBlock Res;
557       Res.BB = BB;
558       Res.Val.setPointer(nullptr);
559       Res.Val.setInt(UndefVal);
560       Res.Offset = 0;
561       return Res;
562     }
563
564     bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
565     bool isCoercedLoadValue() const { return Val.getInt() == LoadVal; }
566     bool isMemIntrinValue() const { return Val.getInt() == MemIntrin; }
567     bool isUndefValue() const { return Val.getInt() == UndefVal; }
568   
569     Value *getSimpleValue() const {
570       assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
571       return Val.getPointer();
572     }
573   
574     LoadInst *getCoercedLoadValue() const {
575       assert(isCoercedLoadValue() && "Wrong accessor");
576       return cast<LoadInst>(Val.getPointer());
577     }
578   
579     MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
580       assert(isMemIntrinValue() && "Wrong accessor");
581       return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
582     }
583   
584     /// MaterializeAdjustedValue - Emit code into this block to adjust the value
585     /// defined here to the specified type.  This handles various coercion cases.
586     Value *MaterializeAdjustedValue(Type *LoadTy, GVN &gvn) const;
587   };
588
589   class GVN : public FunctionPass {
590     bool NoLoads;
591     MemoryDependenceAnalysis *MD;
592     DominatorTree *DT;
593     const DataLayout *DL;
594     const TargetLibraryInfo *TLI;
595     AssumptionCache *AC;
596     SetVector<BasicBlock *> DeadBlocks;
597
598     ValueTable VN;
599
600     /// LeaderTable - A mapping from value numbers to lists of Value*'s that
601     /// have that value number.  Use findLeader to query it.
602     struct LeaderTableEntry {
603       Value *Val;
604       const BasicBlock *BB;
605       LeaderTableEntry *Next;
606     };
607     DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry> LeaderTable;
608     BumpPtrAllocator TableAllocator;
609
610     SmallVector<Instruction*, 8> InstrsToErase;
611
612     typedef SmallVector<NonLocalDepResult, 64> LoadDepVect;
613     typedef SmallVector<AvailableValueInBlock, 64> AvailValInBlkVect;
614     typedef SmallVector<BasicBlock*, 64> UnavailBlkVect;
615
616   public:
617     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
618     explicit GVN(bool noloads = false)
619         : FunctionPass(ID), NoLoads(noloads), MD(nullptr) {
620       initializeGVNPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
621     }
622
623     bool runOnFunction(Function &F) override;
624
625     /// markInstructionForDeletion - This removes the specified instruction from
626     /// our various maps and marks it for deletion.
627     void markInstructionForDeletion(Instruction *I) {
628       VN.erase(I);
629       InstrsToErase.push_back(I);
630     }
631
632     const DataLayout *getDataLayout() const { return DL; }
633     DominatorTree &getDominatorTree() const { return *DT; }
634     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return VN.getAliasAnalysis(); }
635     MemoryDependenceAnalysis &getMemDep() const { return *MD; }
636   private:
637     /// addToLeaderTable - Push a new Value to the LeaderTable onto the list for
638     /// its value number.
639     void addToLeaderTable(uint32_t N, Value *V, const BasicBlock *BB) {
640       LeaderTableEntry &Curr = LeaderTable[N];
641       if (!Curr.Val) {
642         Curr.Val = V;
643         Curr.BB = BB;
644         return;
645       }
646
647       LeaderTableEntry *Node = TableAllocator.Allocate<LeaderTableEntry>();
648       Node->Val = V;
649       Node->BB = BB;
650       Node->Next = Curr.Next;
651       Curr.Next = Node;
652     }
653
654     /// removeFromLeaderTable - Scan the list of values corresponding to a given
655     /// value number, and remove the given instruction if encountered.
656     void removeFromLeaderTable(uint32_t N, Instruction *I, BasicBlock *BB) {
657       LeaderTableEntry* Prev = nullptr;
658       LeaderTableEntry* Curr = &LeaderTable[N];
659
660       while (Curr->Val != I || Curr->BB != BB) {
661         Prev = Curr;
662         Curr = Curr->Next;
663       }
664
665       if (Prev) {
666         Prev->Next = Curr->Next;
667       } else {
668         if (!Curr->Next) {
669           Curr->Val = nullptr;
670           Curr->BB = nullptr;
671         } else {
672           LeaderTableEntry* Next = Curr->Next;
673           Curr->Val = Next->Val;
674           Curr->BB = Next->BB;
675           Curr->Next = Next->Next;
676         }
677       }
678     }
679
680     // List of critical edges to be split between iterations.
681     SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
682
683     // This transformation requires dominator postdominator info
684     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
685       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
686       AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
687       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
688       if (!NoLoads)
689         AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
690       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
691
692       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
693       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
694     }
695
696
697     // Helper fuctions of redundant load elimination 
698     bool processLoad(LoadInst *L);
699     bool processNonLocalLoad(LoadInst *L);
700     void AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps, 
701                                  AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
702                                  UnavailBlkVect &UnavailableBlocks);
703     bool PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock, 
704                         UnavailBlkVect &UnavailableBlocks);
705
706     // Other helper routines
707     bool processInstruction(Instruction *I);
708     bool processBlock(BasicBlock *BB);
709     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*> &d);
710     bool iterateOnFunction(Function &F);
711     bool performPRE(Function &F);
712     Value *findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num);
713     void cleanupGlobalSets();
714     void verifyRemoved(const Instruction *I) const;
715     bool splitCriticalEdges();
716     BasicBlock *splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ);
717     unsigned replaceAllDominatedUsesWith(Value *From, Value *To,
718                                          const BasicBlockEdge &Root);
719     bool propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS, const BasicBlockEdge &Root);
720     bool processFoldableCondBr(BranchInst *BI);
721     void addDeadBlock(BasicBlock *BB);
722     void assignValNumForDeadCode();
723   };
724
725   char GVN::ID = 0;
726 }
727
728 // createGVNPass - The public interface to this file...
729 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoLoads) {
730   return new GVN(NoLoads);
731 }
732
733 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
734 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
735 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
736 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
737 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
738 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
739 INITIALIZE_PASS_END(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
740
741 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
742 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
743   errs() << "{\n";
744   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
745        E = d.end(); I != E; ++I) {
746       errs() << I->first << "\n";
747       I->second->dump();
748   }
749   errs() << "}\n";
750 }
751 #endif
752
753 /// IsValueFullyAvailableInBlock - Return true if we can prove that the value
754 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
755 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
756 /// map is actually a tri-state map with the following values:
757 ///   0) we know the block *is not* fully available.
758 ///   1) we know the block *is* fully available.
759 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
760 ///      currently speculating that it will be.
761 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
762 ///      other blocks.
763 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
764                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks,
765                             uint32_t RecurseDepth) {
766   if (RecurseDepth > MaxRecurseDepth)
767     return false;
768
769   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
770   // if we already know about this block in one lookup.
771   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
772     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
773
774   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
775   if (!IV.second) {
776     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
777     // speculation of other blocks.
778     if (IV.first->second == 2)
779       IV.first->second = 3;
780     return IV.first->second != 0;
781   }
782
783   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
784   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
785
786   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
787   if (PI == PE)
788     goto SpeculationFailure;
789
790   for (; PI != PE; ++PI)
791     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
792     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
793     // optimistic assumption and bail out.
794     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks,RecurseDepth+1))
795       goto SpeculationFailure;
796
797   return true;
798
799 // SpeculationFailure - If we get here, we found out that this is not, after
800 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
801 // used the speculation to mark other blocks as available.
802 SpeculationFailure:
803   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
804
805   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
806   if (BBVal == 2) {
807     BBVal = 0;
808     return false;
809   }
810
811   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
812   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
813   // 0 if set to one.
814   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
815   BBWorklist.push_back(BB);
816
817   do {
818     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
819     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
820     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
821     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
822     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
823
824     // Mark as unavailable.
825     EntryVal = 0;
826
827     BBWorklist.append(succ_begin(Entry), succ_end(Entry));
828   } while (!BBWorklist.empty());
829
830   return false;
831 }
832
833
834 /// CanCoerceMustAliasedValueToLoad - Return true if
835 /// CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
836 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
837                                             Type *LoadTy,
838                                             const DataLayout &DL) {
839   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
840   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
841   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy() ||
842       StoredVal->getType()->isStructTy() ||
843       StoredVal->getType()->isArrayTy())
844     return false;
845
846   // The store has to be at least as big as the load.
847   if (DL.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
848         DL.getTypeSizeInBits(LoadTy))
849     return false;
850
851   return true;
852 }
853
854 /// CoerceAvailableValueToLoadType - If we saw a store of a value to memory, and
855 /// then a load from a must-aliased pointer of a different type, try to coerce
856 /// the stored value.  LoadedTy is the type of the load we want to replace and
857 /// InsertPt is the place to insert new instructions.
858 ///
859 /// If we can't do it, return null.
860 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal,
861                                              Type *LoadedTy,
862                                              Instruction *InsertPt,
863                                              const DataLayout &DL) {
864   if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, DL))
865     return nullptr;
866
867   // If this is already the right type, just return it.
868   Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
869
870   uint64_t StoreSize = DL.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
871   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
872
873   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
874   if (StoreSize == LoadSize) {
875     // Pointer to Pointer -> use bitcast.
876     if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
877         LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
878       return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
879
880     // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
881     if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
882       StoredValTy = DL.getIntPtrType(StoredValTy);
883       StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
884     }
885
886     Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
887     if (TypeToCastTo->getScalarType()->isPointerTy())
888       TypeToCastTo = DL.getIntPtrType(TypeToCastTo);
889
890     if (StoredValTy != TypeToCastTo)
891       StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, TypeToCastTo, "", InsertPt);
892
893     // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
894     if (LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
895       StoredVal = new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
896
897     return StoredVal;
898   }
899
900   // If the loaded value is smaller than the available value, then we can
901   // extract out a piece from it.  If the available value is too small, then we
902   // can't do anything.
903   assert(StoreSize >= LoadSize && "CanCoerceMustAliasedValueToLoad fail");
904
905   // Convert source pointers to integers, which can be manipulated.
906   if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
907     StoredValTy = DL.getIntPtrType(StoredValTy);
908     StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
909   }
910
911   // Convert vectors and fp to integer, which can be manipulated.
912   if (!StoredValTy->isIntegerTy()) {
913     StoredValTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), StoreSize);
914     StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
915   }
916
917   // If this is a big-endian system, we need to shift the value down to the low
918   // bits so that a truncate will work.
919   if (DL.isBigEndian()) {
920     Constant *Val = ConstantInt::get(StoredVal->getType(), StoreSize-LoadSize);
921     StoredVal = BinaryOperator::CreateLShr(StoredVal, Val, "tmp", InsertPt);
922   }
923
924   // Truncate the integer to the right size now.
925   Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadSize);
926   StoredVal = new TruncInst(StoredVal, NewIntTy, "trunc", InsertPt);
927
928   if (LoadedTy == NewIntTy)
929     return StoredVal;
930
931   // If the result is a pointer, inttoptr.
932   if (LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
933     return new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr", InsertPt);
934
935   // Otherwise, bitcast.
936   return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "bitcast", InsertPt);
937 }
938
939 /// AnalyzeLoadFromClobberingWrite - This function is called when we have a
940 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
941 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
942 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
943 ///
944 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
945 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
946 /// value of the piece that feeds the load.
947 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
948                                           Value *WritePtr,
949                                           uint64_t WriteSizeInBits,
950                                           const DataLayout &DL) {
951   // If the loaded or stored value is a first class array or struct, don't try
952   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
953   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy())
954     return -1;
955
956   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
957   Value *StoreBase = GetPointerBaseWithConstantOffset(WritePtr,StoreOffset,&DL);
958   Value *LoadBase = GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, &DL);
959   if (StoreBase != LoadBase)
960     return -1;
961
962   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
963   // a must alias.  AA must have gotten confused.
964   // FIXME: Study to see if/when this happens.  One case is forwarding a memset
965   // to a load from the base of the memset.
966 #if 0
967   if (LoadOffset == StoreOffset) {
968     dbgs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
969     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
970     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
971     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
972     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
973     abort();
974   }
975 #endif
976
977   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
978   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
979   // must have gotten confused.
980   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadTy);
981
982   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
983     return -1;
984   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
985   LoadSize >>= 3;
986
987
988   bool isAAFailure = false;
989   if (StoreOffset < LoadOffset)
990     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
991   else
992     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
993
994   if (isAAFailure) {
995 #if 0
996     dbgs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
997     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
998     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
999     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
1000     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
1001     abort();
1002 #endif
1003     return -1;
1004   }
1005
1006   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
1007   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
1008   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
1009   // valuable.
1010   if (StoreOffset > LoadOffset ||
1011       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
1012     return -1;
1013
1014   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
1015   // store that the load is.
1016   return LoadOffset-StoreOffset;
1017 }
1018
1019 /// AnalyzeLoadFromClobberingStore - This function is called when we have a
1020 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
1021 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1022                                           StoreInst *DepSI,
1023                                           const DataLayout &DL) {
1024   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1025   if (DepSI->getValueOperand()->getType()->isStructTy() ||
1026       DepSI->getValueOperand()->getType()->isArrayTy())
1027     return -1;
1028
1029   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
1030   uint64_t StoreSize =DL.getTypeSizeInBits(DepSI->getValueOperand()->getType());
1031   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1032                                         StorePtr, StoreSize, DL);
1033 }
1034
1035 /// AnalyzeLoadFromClobberingLoad - This function is called when we have a
1036 /// memdep query of a load that ends up being clobbered by another load.  See if
1037 /// the other load can feed into the second load.
1038 static int AnalyzeLoadFromClobberingLoad(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1039                                          LoadInst *DepLI, const DataLayout &DL){
1040   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1041   if (DepLI->getType()->isStructTy() || DepLI->getType()->isArrayTy())
1042     return -1;
1043
1044   Value *DepPtr = DepLI->getPointerOperand();
1045   uint64_t DepSize = DL.getTypeSizeInBits(DepLI->getType());
1046   int R = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, DepSize, DL);
1047   if (R != -1) return R;
1048
1049   // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this load,
1050   // then we should widen it!
1051   int64_t LoadOffs = 0;
1052   const Value *LoadBase =
1053     GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffs, &DL);
1054   unsigned LoadSize = DL.getTypeStoreSize(LoadTy);
1055
1056   unsigned Size = MemoryDependenceAnalysis::
1057     getLoadLoadClobberFullWidthSize(LoadBase, LoadOffs, LoadSize, DepLI, DL);
1058   if (Size == 0) return -1;
1059
1060   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, Size*8, DL);
1061 }
1062
1063
1064
1065 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1066                                             MemIntrinsic *MI,
1067                                             const DataLayout &DL) {
1068   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
1069   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1070   if (!SizeCst) return -1;
1071   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
1072
1073   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
1074   // of the memset..
1075   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
1076     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
1077                                           MemSizeInBits, DL);
1078
1079   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
1080   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
1081   // constant memory.
1082   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
1083
1084   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
1085   if (!Src) return -1;
1086
1087   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GetUnderlyingObject(Src, &DL));
1088   if (!GV || !GV->isConstant()) return -1;
1089
1090   // See if the access is within the bounds of the transfer.
1091   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1092                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, DL);
1093   if (Offset == -1)
1094     return Offset;
1095
1096   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1097   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1098   // offset applied as appropriate.
1099   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1100                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1101   Constant *OffsetCst =
1102     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1103   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, OffsetCst);
1104   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1105   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &DL))
1106     return Offset;
1107   return -1;
1108 }
1109
1110
1111 /// GetStoreValueForLoad - This function is called when we have a
1112 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
1113 /// that the store provides bits used by the load but we the pointers don't
1114 /// mustalias.  Check this case to see if there is anything more we can do
1115 /// before we give up.
1116 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
1117                                    Type *LoadTy,
1118                                    Instruction *InsertPt, const DataLayout &DL){
1119   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1120
1121   uint64_t StoreSize = (DL.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) + 7) / 8;
1122   uint64_t LoadSize = (DL.getTypeSizeInBits(LoadTy) + 7) / 8;
1123
1124   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1125
1126   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1127   // to an integer type to start with.
1128   if (SrcVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1129     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal,
1130         DL.getIntPtrType(SrcVal->getType()));
1131   if (!SrcVal->getType()->isIntegerTy())
1132     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8));
1133
1134   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1135   unsigned ShiftAmt;
1136   if (DL.isLittleEndian())
1137     ShiftAmt = Offset*8;
1138   else
1139     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1140
1141   if (ShiftAmt)
1142     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt);
1143
1144   if (LoadSize != StoreSize)
1145     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1146
1147   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, InsertPt, DL);
1148 }
1149
1150 /// GetLoadValueForLoad - This function is called when we have a
1151 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering load.  This means
1152 /// that the load *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1153 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1154 /// anything more we can do before we give up.
1155 static Value *GetLoadValueForLoad(LoadInst *SrcVal, unsigned Offset,
1156                                   Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1157                                   GVN &gvn) {
1158   const DataLayout &DL = *gvn.getDataLayout();
1159   // If Offset+LoadTy exceeds the size of SrcVal, then we must be wanting to
1160   // widen SrcVal out to a larger load.
1161   unsigned SrcValSize = DL.getTypeStoreSize(SrcVal->getType());
1162   unsigned LoadSize = DL.getTypeStoreSize(LoadTy);
1163   if (Offset+LoadSize > SrcValSize) {
1164     assert(SrcVal->isSimple() && "Cannot widen volatile/atomic load!");
1165     assert(SrcVal->getType()->isIntegerTy() && "Can't widen non-integer load");
1166     // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this
1167     // load, then we should widen it to the next power of 2 size big enough!
1168     unsigned NewLoadSize = Offset+LoadSize;
1169     if (!isPowerOf2_32(NewLoadSize))
1170       NewLoadSize = NextPowerOf2(NewLoadSize);
1171
1172     Value *PtrVal = SrcVal->getPointerOperand();
1173
1174     // Insert the new load after the old load.  This ensures that subsequent
1175     // memdep queries will find the new load.  We can't easily remove the old
1176     // load completely because it is already in the value numbering table.
1177     IRBuilder<> Builder(SrcVal->getParent(), ++BasicBlock::iterator(SrcVal));
1178     Type *DestPTy =
1179       IntegerType::get(LoadTy->getContext(), NewLoadSize*8);
1180     DestPTy = PointerType::get(DestPTy,
1181                                PtrVal->getType()->getPointerAddressSpace());
1182     Builder.SetCurrentDebugLocation(SrcVal->getDebugLoc());
1183     PtrVal = Builder.CreateBitCast(PtrVal, DestPTy);
1184     LoadInst *NewLoad = Builder.CreateLoad(PtrVal);
1185     NewLoad->takeName(SrcVal);
1186     NewLoad->setAlignment(SrcVal->getAlignment());
1187
1188     DEBUG(dbgs() << "GVN WIDENED LOAD: " << *SrcVal << "\n");
1189     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *NewLoad << "\n");
1190
1191     // Replace uses of the original load with the wider load.  On a big endian
1192     // system, we need to shift down to get the relevant bits.
1193     Value *RV = NewLoad;
1194     if (DL.isBigEndian())
1195       RV = Builder.CreateLShr(RV,
1196                     NewLoadSize*8-SrcVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
1197     RV = Builder.CreateTrunc(RV, SrcVal->getType());
1198     SrcVal->replaceAllUsesWith(RV);
1199
1200     // We would like to use gvn.markInstructionForDeletion here, but we can't
1201     // because the load is already memoized into the leader map table that GVN
1202     // tracks.  It is potentially possible to remove the load from the table,
1203     // but then there all of the operations based on it would need to be
1204     // rehashed.  Just leave the dead load around.
1205     gvn.getMemDep().removeInstruction(SrcVal);
1206     SrcVal = NewLoad;
1207   }
1208
1209   return GetStoreValueForLoad(SrcVal, Offset, LoadTy, InsertPt, DL);
1210 }
1211
1212
1213 /// GetMemInstValueForLoad - This function is called when we have a
1214 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1215 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1216                                      Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1217                                      const DataLayout &DL){
1218   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1219   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1220
1221   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1222
1223   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1224   // provides the bits for the load.
1225   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1226     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1227     // independently of what the offset is.
1228     Value *Val = MSI->getValue();
1229     if (LoadSize != 1)
1230       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1231
1232     Value *OneElt = Val;
1233
1234     // Splat the value out to the right number of bits.
1235     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1236       // If we can double the number of bytes set, do it.
1237       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1238         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1239         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1240         NumBytesSet <<= 1;
1241         continue;
1242       }
1243
1244       // Otherwise insert one byte at a time.
1245       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1246       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1247       ++NumBytesSet;
1248     }
1249
1250     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, InsertPt, DL);
1251   }
1252
1253   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1254   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1255   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1256   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1257
1258   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1259   // offset applied as appropriate.
1260   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1261                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1262   Constant *OffsetCst =
1263     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1264   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, OffsetCst);
1265   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1266   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &DL);
1267 }
1268
1269
1270 /// ConstructSSAForLoadSet - Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1271 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1272 /// that should be used at LI's definition site.
1273 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
1274                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1275                                      GVN &gvn) {
1276   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
1277   // just use the dominating value directly.
1278   if (ValuesPerBlock.size() == 1 &&
1279       gvn.getDominatorTree().properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB,
1280                                                LI->getParent())) {
1281     assert(!ValuesPerBlock[0].isUndefValue() && "Dead BB dominate this block");
1282     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI->getType(), gvn);
1283   }
1284
1285   // Otherwise, we have to construct SSA form.
1286   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1287   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1288   SSAUpdate.Initialize(LI->getType(), LI->getName());
1289
1290   Type *LoadTy = LI->getType();
1291
1292   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1293     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1294     BasicBlock *BB = AV.BB;
1295
1296     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1297       continue;
1298
1299     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LoadTy, gvn));
1300   }
1301
1302   // Perform PHI construction.
1303   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1304
1305   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1306   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) {
1307     AliasAnalysis *AA = gvn.getAliasAnalysis();
1308
1309     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
1310       AA->copyValue(LI, NewPHIs[i]);
1311
1312     // Now that we've copied information to the new PHIs, scan through
1313     // them again and inform alias analysis that we've added potentially
1314     // escaping uses to any values that are operands to these PHIs.
1315     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i) {
1316       PHINode *P = NewPHIs[i];
1317       for (unsigned ii = 0, ee = P->getNumIncomingValues(); ii != ee; ++ii) {
1318         unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
1319         AA->addEscapingUse(P->getOperandUse(jj));
1320       }
1321     }
1322   }
1323
1324   return V;
1325 }
1326
1327 Value *AvailableValueInBlock::MaterializeAdjustedValue(Type *LoadTy, GVN &gvn) const {
1328   Value *Res;
1329   if (isSimpleValue()) {
1330     Res = getSimpleValue();
1331     if (Res->getType() != LoadTy) {
1332       const DataLayout *DL = gvn.getDataLayout();
1333       assert(DL && "Need target data to handle type mismatch case");
1334       Res = GetStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1335                                  *DL);
1336   
1337       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1338                    << *getSimpleValue() << '\n'
1339                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1340     }
1341   } else if (isCoercedLoadValue()) {
1342     LoadInst *Load = getCoercedLoadValue();
1343     if (Load->getType() == LoadTy && Offset == 0) {
1344       Res = Load;
1345     } else {
1346       Res = GetLoadValueForLoad(Load, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1347                                 gvn);
1348   
1349       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL LOAD:\nOffset: " << Offset << "  "
1350                    << *getCoercedLoadValue() << '\n'
1351                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1352     }
1353   } else if (isMemIntrinValue()) {
1354     const DataLayout *DL = gvn.getDataLayout();
1355     assert(DL && "Need target data to handle type mismatch case");
1356     Res = GetMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset,
1357                                  LoadTy, BB->getTerminator(), *DL);
1358     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1359                  << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
1360                  << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1361   } else {
1362     assert(isUndefValue() && "Should be UndefVal");
1363     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL Undef:\n";);
1364     return UndefValue::get(LoadTy);
1365   }
1366   return Res;
1367 }
1368
1369 static bool isLifetimeStart(const Instruction *Inst) {
1370   if (const IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1371     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1372   return false;
1373 }
1374
1375 void GVN::AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps, 
1376                                   AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
1377                                   UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1378
1379   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1380   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1381   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1382   // that could potentially clobber the load).
1383   unsigned NumDeps = Deps.size();
1384   for (unsigned i = 0, e = NumDeps; i != e; ++i) {
1385     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1386     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1387
1388     if (DeadBlocks.count(DepBB)) {
1389       // Dead dependent mem-op disguise as a load evaluating the same value
1390       // as the load in question.
1391       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getUndef(DepBB));
1392       continue;
1393     }
1394
1395     if (!DepInfo.isDef() && !DepInfo.isClobber()) {
1396       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1397       continue;
1398     }
1399
1400     if (DepInfo.isClobber()) {
1401       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1402       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1403       // to consider the right address.
1404       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1405
1406       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1407       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1408       // stored value.
1409       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1410         if (DL && Address) {
1411           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address,
1412                                                       DepSI, *DL);
1413           if (Offset != -1) {
1414             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1415                                                        DepSI->getValueOperand(),
1416                                                                 Offset));
1417             continue;
1418           }
1419         }
1420       }
1421
1422       // Check to see if we have something like this:
1423       //    load i32* P
1424       //    load i8* (P+1)
1425       // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1426       if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInfo.getInst())) {
1427         // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1428         // we have the first instruction in the entry block.
1429         if (DepLI != LI && Address && DL) {
1430           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(LI->getType(), Address,
1431                                                      DepLI, *DL);
1432
1433           if (Offset != -1) {
1434             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB,DepLI,
1435                                                                     Offset));
1436             continue;
1437           }
1438         }
1439       }
1440
1441       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1442       // forward a value on from it.
1443       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1444         if (DL && Address) {
1445           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1446                                                         DepMI, *DL);
1447           if (Offset != -1) {
1448             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1449                                                                   Offset));
1450             continue;
1451           }
1452         }
1453       }
1454
1455       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1456       continue;
1457     }
1458
1459     // DepInfo.isDef() here
1460
1461     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1462
1463     // Loading the allocation -> undef.
1464     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI) ||
1465         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1466         isLifetimeStart(DepInst)) {
1467       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1468                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1469       continue;
1470     }
1471
1472     // Loading from calloc (which zero initializes memory) -> zero
1473     if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1474       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(
1475           DepBB, Constant::getNullValue(LI->getType())));
1476       continue;
1477     }
1478
1479     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1480       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1481       // different types if we have to.
1482       if (S->getValueOperand()->getType() != LI->getType()) {
1483         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1484         // reuse it.
1485         if (!DL || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getValueOperand(),
1486                                                     LI->getType(), *DL)) {
1487           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1488           continue;
1489         }
1490       }
1491
1492       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1493                                                          S->getValueOperand()));
1494       continue;
1495     }
1496
1497     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1498       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1499       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1500         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1501         // reuse it.
1502         if (!DL || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(),*DL)) {
1503           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1504           continue;
1505         }
1506       }
1507       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB, LD));
1508       continue;
1509     }
1510
1511     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1512   }
1513 }
1514
1515 bool GVN::PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock, 
1516                          UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1517   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1518   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1519   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1520   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1521   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1522   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1523   // the load, not inserting a new one).
1524
1525   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers;
1526   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1527     Blockers.insert(UnavailableBlocks[i]);
1528
1529   // Let's find the first basic block with more than one predecessor.  Walk
1530   // backwards through predecessors if needed.
1531   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1532   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1533
1534   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1535     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1536     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1537       return false;
1538     if (Blockers.count(TmpBB))
1539       return false;
1540
1541     // If any of these blocks has more than one successor (i.e. if the edge we
1542     // just traversed was critical), then there are other paths through this
1543     // block along which the load may not be anticipated.  Hoisting the load
1544     // above this block would be adding the load to execution paths along
1545     // which it was not previously executed.
1546     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1547       return false;
1548   }
1549
1550   assert(TmpBB);
1551   LoadBB = TmpBB;
1552
1553   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1554   // available.
1555   MapVector<BasicBlock *, Value *> PredLoads;
1556   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1557   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1558     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1559   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1560     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1561
1562   SmallVector<BasicBlock *, 4> CriticalEdgePred;
1563   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1564        PI != E; ++PI) {
1565     BasicBlock *Pred = *PI;
1566     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks, 0)) {
1567       continue;
1568     }
1569
1570     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1571       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1572         DEBUG(dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1573               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1574         return false;
1575       }
1576
1577       if (LoadBB->isLandingPad()) {
1578         DEBUG(dbgs()
1579               << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF LANDING PAD CRITICAL EDGE '"
1580               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1581         return false;
1582       }
1583
1584       CriticalEdgePred.push_back(Pred);
1585     } else {
1586       // Only add the predecessors that will not be split for now.
1587       PredLoads[Pred] = nullptr;
1588     }
1589   }
1590
1591   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1592   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size() + CriticalEdgePred.size();
1593   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1594          "Fully available value should already be eliminated!");
1595
1596   // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1597   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1598   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1599   // that one block.
1600   if (NumUnavailablePreds != 1)
1601       return false;
1602
1603   // Split critical edges, and update the unavailable predecessors accordingly.
1604   for (BasicBlock *OrigPred : CriticalEdgePred) {
1605     BasicBlock *NewPred = splitCriticalEdges(OrigPred, LoadBB);
1606     assert(!PredLoads.count(OrigPred) && "Split edges shouldn't be in map!");
1607     PredLoads[NewPred] = nullptr;
1608     DEBUG(dbgs() << "Split critical edge " << OrigPred->getName() << "->"
1609                  << LoadBB->getName() << '\n');
1610   }
1611
1612   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1613   bool CanDoPRE = true;
1614   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1615   for (auto &PredLoad : PredLoads) {
1616     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1617
1618     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1619     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1620
1621     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1622     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1623     // pointer if it is not available.
1624     PHITransAddr Address(LI->getPointerOperand(), DL, AC);
1625     Value *LoadPtr = nullptr;
1626     LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1627                                                 *DT, NewInsts);
1628
1629     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1630     // we fail PRE.
1631     if (!LoadPtr) {
1632       DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1633             << *LI->getPointerOperand() << "\n");
1634       CanDoPRE = false;
1635       break;
1636     }
1637
1638     PredLoad.second = LoadPtr;
1639   }
1640
1641   if (!CanDoPRE) {
1642     while (!NewInsts.empty()) {
1643       Instruction *I = NewInsts.pop_back_val();
1644       if (MD) MD->removeInstruction(I);
1645       I->eraseFromParent();
1646     }
1647     // HINT: Don't revert the edge-splitting as following transformation may
1648     // also need to split these critical edges.
1649     return !CriticalEdgePred.empty();
1650   }
1651
1652   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1653   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1654   // it.
1655   DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1656   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1657           dbgs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1658                  << *NewInsts.back() << '\n');
1659
1660   // Assign value numbers to the new instructions.
1661   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1662     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1663     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1664     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1665     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1666     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1667   }
1668
1669   for (const auto &PredLoad : PredLoads) {
1670     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1671     Value *LoadPtr = PredLoad.second;
1672
1673     Instruction *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1674                                         LI->getAlignment(),
1675                                         UnavailablePred->getTerminator());
1676
1677     // Transfer the old load's AA tags to the new load.
1678     AAMDNodes Tags;
1679     LI->getAAMetadata(Tags);
1680     if (Tags)
1681       NewLoad->setAAMetadata(Tags);
1682
1683     // Transfer DebugLoc.
1684     NewLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1685
1686     // Add the newly created load.
1687     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1688                                                         NewLoad));
1689     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1690     DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1691   }
1692
1693   // Perform PHI construction.
1694   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1695   LI->replaceAllUsesWith(V);
1696   if (isa<PHINode>(V))
1697     V->takeName(LI);
1698   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1699     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1700   markInstructionForDeletion(LI);
1701   ++NumPRELoad;
1702   return true;
1703 }
1704
1705 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1706 /// non-local by performing PHI construction.
1707 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI) {
1708   // Step 1: Find the non-local dependencies of the load.
1709   LoadDepVect Deps;
1710   MD->getNonLocalPointerDependency(LI, Deps);
1711
1712   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1713   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1714   // it will be too expensive.
1715   unsigned NumDeps = Deps.size();
1716   if (NumDeps > 100)
1717     return false;
1718
1719   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1720   // clobber in the current block.  Reject this early.
1721   if (NumDeps == 1 &&
1722       !Deps[0].getResult().isDef() && !Deps[0].getResult().isClobber()) {
1723     DEBUG(
1724       dbgs() << "GVN: non-local load ";
1725       LI->printAsOperand(dbgs());
1726       dbgs() << " has unknown dependencies\n";
1727     );
1728     return false;
1729   }
1730
1731   // Step 2: Analyze the availability of the load
1732   AvailValInBlkVect ValuesPerBlock;
1733   UnavailBlkVect UnavailableBlocks;
1734   AnalyzeLoadAvailability(LI, Deps, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1735
1736   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1737   // early.
1738   if (ValuesPerBlock.empty())
1739     return false;
1740
1741   // Step 3: Eliminate fully redundancy.
1742   //
1743   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1744   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1745   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1746   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1747     DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1748
1749     // Perform PHI construction.
1750     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1751     LI->replaceAllUsesWith(V);
1752
1753     if (isa<PHINode>(V))
1754       V->takeName(LI);
1755     if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1756       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1757     markInstructionForDeletion(LI);
1758     ++NumGVNLoad;
1759     return true;
1760   }
1761
1762   // Step 4: Eliminate partial redundancy.
1763   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1764     return false;
1765
1766   return PerformLoadPRE(LI, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1767 }
1768
1769
1770 static void patchReplacementInstruction(Instruction *I, Value *Repl) {
1771   // Patch the replacement so that it is not more restrictive than the value
1772   // being replaced.
1773   BinaryOperator *Op = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
1774   BinaryOperator *ReplOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Repl);
1775   if (Op && ReplOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(Op) &&
1776       isa<OverflowingBinaryOperator>(ReplOp)) {
1777     if (ReplOp->hasNoSignedWrap() && !Op->hasNoSignedWrap())
1778       ReplOp->setHasNoSignedWrap(false);
1779     if (ReplOp->hasNoUnsignedWrap() && !Op->hasNoUnsignedWrap())
1780       ReplOp->setHasNoUnsignedWrap(false);
1781   }
1782   if (Instruction *ReplInst = dyn_cast<Instruction>(Repl)) {
1783     // FIXME: If both the original and replacement value are part of the
1784     // same control-flow region (meaning that the execution of one
1785     // guarentees the executation of the other), then we can combine the
1786     // noalias scopes here and do better than the general conservative
1787     // answer used in combineMetadata().
1788
1789     // In general, GVN unifies expressions over different control-flow
1790     // regions, and so we need a conservative combination of the noalias
1791     // scopes.
1792     unsigned KnownIDs[] = {
1793       LLVMContext::MD_tbaa,
1794       LLVMContext::MD_alias_scope,
1795       LLVMContext::MD_noalias,
1796       LLVMContext::MD_range,
1797       LLVMContext::MD_fpmath,
1798       LLVMContext::MD_invariant_load,
1799     };
1800     combineMetadata(ReplInst, I, KnownIDs);
1801   }
1802 }
1803
1804 static void patchAndReplaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *Repl) {
1805   patchReplacementInstruction(I, Repl);
1806   I->replaceAllUsesWith(Repl);
1807 }
1808
1809 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1810 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1811 bool GVN::processLoad(LoadInst *L) {
1812   if (!MD)
1813     return false;
1814
1815   if (!L->isSimple())
1816     return false;
1817
1818   if (L->use_empty()) {
1819     markInstructionForDeletion(L);
1820     return true;
1821   }
1822
1823   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1824   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1825
1826   // If we have a clobber and target data is around, see if this is a clobber
1827   // that we can fix up through code synthesis.
1828   if (Dep.isClobber() && DL) {
1829     // Check to see if we have something like this:
1830     //   store i32 123, i32* %P
1831     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1832     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1833     //   %C = load i8* %B
1834     //
1835     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1836     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1837     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1838     // access code.
1839     Value *AvailVal = nullptr;
1840     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst())) {
1841       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(L->getType(),
1842                                                   L->getPointerOperand(),
1843                                                   DepSI, *DL);
1844       if (Offset != -1)
1845         AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getValueOperand(), Offset,
1846                                         L->getType(), L, *DL);
1847     }
1848
1849     // Check to see if we have something like this:
1850     //    load i32* P
1851     //    load i8* (P+1)
1852     // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1853     if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(Dep.getInst())) {
1854       // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1855       // we have the first instruction in the entry block.
1856       if (DepLI == L)
1857         return false;
1858
1859       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(L->getType(),
1860                                                  L->getPointerOperand(),
1861                                                  DepLI, *DL);
1862       if (Offset != -1)
1863         AvailVal = GetLoadValueForLoad(DepLI, Offset, L->getType(), L, *this);
1864     }
1865
1866     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1867     // a value on from it.
1868     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1869       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(L->getType(),
1870                                                     L->getPointerOperand(),
1871                                                     DepMI, *DL);
1872       if (Offset != -1)
1873         AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L, *DL);
1874     }
1875
1876     if (AvailVal) {
1877       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1878             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1879
1880       // Replace the load!
1881       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1882       if (AvailVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1883         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1884       markInstructionForDeletion(L);
1885       ++NumGVNLoad;
1886       return true;
1887     }
1888   }
1889
1890   // If the value isn't available, don't do anything!
1891   if (Dep.isClobber()) {
1892     DEBUG(
1893       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1894       dbgs() << "GVN: load ";
1895       L->printAsOperand(dbgs());
1896       Instruction *I = Dep.getInst();
1897       dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1898     );
1899     return false;
1900   }
1901
1902   // If it is defined in another block, try harder.
1903   if (Dep.isNonLocal())
1904     return processNonLocalLoad(L);
1905
1906   if (!Dep.isDef()) {
1907     DEBUG(
1908       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1909       dbgs() << "GVN: load ";
1910       L->printAsOperand(dbgs());
1911       dbgs() << " has unknown dependence\n";
1912     );
1913     return false;
1914   }
1915
1916   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1917   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1918     Value *StoredVal = DepSI->getValueOperand();
1919
1920     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1921     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1922     // value (depending on its type).
1923     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1924       if (DL) {
1925         StoredVal = CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(),
1926                                                    L, *DL);
1927         if (!StoredVal)
1928           return false;
1929
1930         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1931                      << '\n' << *L << "\n\n\n");
1932       }
1933       else
1934         return false;
1935     }
1936
1937     // Remove it!
1938     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1939     if (StoredVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1940       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1941     markInstructionForDeletion(L);
1942     ++NumGVNLoad;
1943     return true;
1944   }
1945
1946   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1947     Value *AvailableVal = DepLI;
1948
1949     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1950     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1951     // (depending on its type).
1952     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1953       if (DL) {
1954         AvailableVal = CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(),
1955                                                       L, *DL);
1956         if (!AvailableVal)
1957           return false;
1958
1959         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1960                      << "\n" << *L << "\n\n\n");
1961       }
1962       else
1963         return false;
1964     }
1965
1966     // Remove it!
1967     patchAndReplaceAllUsesWith(L, AvailableVal);
1968     if (DepLI->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1969       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1970     markInstructionForDeletion(L);
1971     ++NumGVNLoad;
1972     return true;
1973   }
1974
1975   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1976   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1977   // intervening stores, for example.
1978   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1979     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1980     markInstructionForDeletion(L);
1981     ++NumGVNLoad;
1982     return true;
1983   }
1984
1985   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1986   // then the loaded value is undefined.
1987   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1988     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1989       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1990       markInstructionForDeletion(L);
1991       ++NumGVNLoad;
1992       return true;
1993     }
1994   }
1995
1996   // If this load follows a calloc (which zero initializes memory),
1997   // then the loaded value is zero
1998   if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1999     L->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(L->getType()));
2000     markInstructionForDeletion(L);
2001     ++NumGVNLoad;
2002     return true;
2003   }
2004
2005   return false;
2006 }
2007
2008 // findLeader - In order to find a leader for a given value number at a
2009 // specific basic block, we first obtain the list of all Values for that number,
2010 // and then scan the list to find one whose block dominates the block in
2011 // question.  This is fast because dominator tree queries consist of only
2012 // a few comparisons of DFS numbers.
2013 Value *GVN::findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num) {
2014   LeaderTableEntry Vals = LeaderTable[num];
2015   if (!Vals.Val) return nullptr;
2016
2017   Value *Val = nullptr;
2018   if (DT->dominates(Vals.BB, BB)) {
2019     Val = Vals.Val;
2020     if (isa<Constant>(Val)) return Val;
2021   }
2022
2023   LeaderTableEntry* Next = Vals.Next;
2024   while (Next) {
2025     if (DT->dominates(Next->BB, BB)) {
2026       if (isa<Constant>(Next->Val)) return Next->Val;
2027       if (!Val) Val = Next->Val;
2028     }
2029
2030     Next = Next->Next;
2031   }
2032
2033   return Val;
2034 }
2035
2036 /// replaceAllDominatedUsesWith - Replace all uses of 'From' with 'To' if the
2037 /// use is dominated by the given basic block.  Returns the number of uses that
2038 /// were replaced.
2039 unsigned GVN::replaceAllDominatedUsesWith(Value *From, Value *To,
2040                                           const BasicBlockEdge &Root) {
2041   unsigned Count = 0;
2042   for (Value::use_iterator UI = From->use_begin(), UE = From->use_end();
2043        UI != UE; ) {
2044     Use &U = *UI++;
2045
2046     if (DT->dominates(Root, U)) {
2047       U.set(To);
2048       ++Count;
2049     }
2050   }
2051   return Count;
2052 }
2053
2054 /// isOnlyReachableViaThisEdge - There is an edge from 'Src' to 'Dst'.  Return
2055 /// true if every path from the entry block to 'Dst' passes via this edge.  In
2056 /// particular 'Dst' must not be reachable via another edge from 'Src'.
2057 static bool isOnlyReachableViaThisEdge(const BasicBlockEdge &E,
2058                                        DominatorTree *DT) {
2059   // While in theory it is interesting to consider the case in which Dst has
2060   // more than one predecessor, because Dst might be part of a loop which is
2061   // only reachable from Src, in practice it is pointless since at the time
2062   // GVN runs all such loops have preheaders, which means that Dst will have
2063   // been changed to have only one predecessor, namely Src.
2064   const BasicBlock *Pred = E.getEnd()->getSinglePredecessor();
2065   const BasicBlock *Src = E.getStart();
2066   assert((!Pred || Pred == Src) && "No edge between these basic blocks!");
2067   (void)Src;
2068   return Pred != nullptr;
2069 }
2070
2071 /// propagateEquality - The given values are known to be equal in every block
2072 /// dominated by 'Root'.  Exploit this, for example by replacing 'LHS' with
2073 /// 'RHS' everywhere in the scope.  Returns whether a change was made.
2074 bool GVN::propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS,
2075                             const BasicBlockEdge &Root) {
2076   SmallVector<std::pair<Value*, Value*>, 4> Worklist;
2077   Worklist.push_back(std::make_pair(LHS, RHS));
2078   bool Changed = false;
2079   // For speed, compute a conservative fast approximation to
2080   // DT->dominates(Root, Root.getEnd());
2081   bool RootDominatesEnd = isOnlyReachableViaThisEdge(Root, DT);
2082
2083   while (!Worklist.empty()) {
2084     std::pair<Value*, Value*> Item = Worklist.pop_back_val();
2085     LHS = Item.first; RHS = Item.second;
2086
2087     if (LHS == RHS) continue;
2088     assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "Equality but unequal types!");
2089
2090     // Don't try to propagate equalities between constants.
2091     if (isa<Constant>(LHS) && isa<Constant>(RHS)) continue;
2092
2093     // Prefer a constant on the right-hand side, or an Argument if no constants.
2094     if (isa<Constant>(LHS) || (isa<Argument>(LHS) && !isa<Constant>(RHS)))
2095       std::swap(LHS, RHS);
2096     assert((isa<Argument>(LHS) || isa<Instruction>(LHS)) && "Unexpected value!");
2097
2098     // If there is no obvious reason to prefer the left-hand side over the right-
2099     // hand side, ensure the longest lived term is on the right-hand side, so the
2100     // shortest lived term will be replaced by the longest lived.  This tends to
2101     // expose more simplifications.
2102     uint32_t LVN = VN.lookup_or_add(LHS);
2103     if ((isa<Argument>(LHS) && isa<Argument>(RHS)) ||
2104         (isa<Instruction>(LHS) && isa<Instruction>(RHS))) {
2105       // Move the 'oldest' value to the right-hand side, using the value number as
2106       // a proxy for age.
2107       uint32_t RVN = VN.lookup_or_add(RHS);
2108       if (LVN < RVN) {
2109         std::swap(LHS, RHS);
2110         LVN = RVN;
2111       }
2112     }
2113
2114     // If value numbering later sees that an instruction in the scope is equal
2115     // to 'LHS' then ensure it will be turned into 'RHS'.  In order to preserve
2116     // the invariant that instructions only occur in the leader table for their
2117     // own value number (this is used by removeFromLeaderTable), do not do this
2118     // if RHS is an instruction (if an instruction in the scope is morphed into
2119     // LHS then it will be turned into RHS by the next GVN iteration anyway, so
2120     // using the leader table is about compiling faster, not optimizing better).
2121     // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2122     // have the simple case where the edge dominates the end.
2123     if (RootDominatesEnd && !isa<Instruction>(RHS))
2124       addToLeaderTable(LVN, RHS, Root.getEnd());
2125
2126     // Replace all occurrences of 'LHS' with 'RHS' everywhere in the scope.  As
2127     // LHS always has at least one use that is not dominated by Root, this will
2128     // never do anything if LHS has only one use.
2129     if (!LHS->hasOneUse()) {
2130       unsigned NumReplacements = replaceAllDominatedUsesWith(LHS, RHS, Root);
2131       Changed |= NumReplacements > 0;
2132       NumGVNEqProp += NumReplacements;
2133     }
2134
2135     // Now try to deduce additional equalities from this one.  For example, if the
2136     // known equality was "(A != B)" == "false" then it follows that A and B are
2137     // equal in the scope.  Only boolean equalities with an explicit true or false
2138     // RHS are currently supported.
2139     if (!RHS->getType()->isIntegerTy(1))
2140       // Not a boolean equality - bail out.
2141       continue;
2142     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2143     if (!CI)
2144       // RHS neither 'true' nor 'false' - bail out.
2145       continue;
2146     // Whether RHS equals 'true'.  Otherwise it equals 'false'.
2147     bool isKnownTrue = CI->isAllOnesValue();
2148     bool isKnownFalse = !isKnownTrue;
2149
2150     // If "A && B" is known true then both A and B are known true.  If "A || B"
2151     // is known false then both A and B are known false.
2152     Value *A, *B;
2153     if ((isKnownTrue && match(LHS, m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) ||
2154         (isKnownFalse && match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))))) {
2155       Worklist.push_back(std::make_pair(A, RHS));
2156       Worklist.push_back(std::make_pair(B, RHS));
2157       continue;
2158     }
2159
2160     // If we are propagating an equality like "(A == B)" == "true" then also
2161     // propagate the equality A == B.  When propagating a comparison such as
2162     // "(A >= B)" == "true", replace all instances of "A < B" with "false".
2163     if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(LHS)) {
2164       Value *Op0 = Cmp->getOperand(0), *Op1 = Cmp->getOperand(1);
2165
2166       // If "A == B" is known true, or "A != B" is known false, then replace
2167       // A with B everywhere in the scope.
2168       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ) ||
2169           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE))
2170         Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
2171
2172       // If "A >= B" is known true, replace "A < B" with false everywhere.
2173       CmpInst::Predicate NotPred = Cmp->getInversePredicate();
2174       Constant *NotVal = ConstantInt::get(Cmp->getType(), isKnownFalse);
2175       // Since we don't have the instruction "A < B" immediately to hand, work out
2176       // the value number that it would have and use that to find an appropriate
2177       // instruction (if any).
2178       uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2179       uint32_t Num = VN.lookup_or_add_cmp(Cmp->getOpcode(), NotPred, Op0, Op1);
2180       // If the number we were assigned was brand new then there is no point in
2181       // looking for an instruction realizing it: there cannot be one!
2182       if (Num < NextNum) {
2183         Value *NotCmp = findLeader(Root.getEnd(), Num);
2184         if (NotCmp && isa<Instruction>(NotCmp)) {
2185           unsigned NumReplacements =
2186             replaceAllDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, Root);
2187           Changed |= NumReplacements > 0;
2188           NumGVNEqProp += NumReplacements;
2189         }
2190       }
2191       // Ensure that any instruction in scope that gets the "A < B" value number
2192       // is replaced with false.
2193       // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2194       // have the simple case where the edge dominates the end.
2195       if (RootDominatesEnd)
2196         addToLeaderTable(Num, NotVal, Root.getEnd());
2197
2198       continue;
2199     }
2200   }
2201
2202   return Changed;
2203 }
2204
2205 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
2206 /// by inserting it into the appropriate sets
2207 bool GVN::processInstruction(Instruction *I) {
2208   // Ignore dbg info intrinsics.
2209   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2210     return false;
2211
2212   // If the instruction can be easily simplified then do so now in preference
2213   // to value numbering it.  Value numbering often exposes redundancies, for
2214   // example if it determines that %y is equal to %x then the instruction
2215   // "%z = and i32 %x, %y" becomes "%z = and i32 %x, %x" which we now simplify.
2216   if (Value *V = SimplifyInstruction(I, DL, TLI, DT, AC)) {
2217     I->replaceAllUsesWith(V);
2218     if (MD && V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2219       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
2220     markInstructionForDeletion(I);
2221     ++NumGVNSimpl;
2222     return true;
2223   }
2224
2225   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
2226     if (processLoad(LI))
2227       return true;
2228
2229     unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
2230     addToLeaderTable(Num, LI, LI->getParent());
2231     return false;
2232   }
2233
2234   // For conditional branches, we can perform simple conditional propagation on
2235   // the condition value itself.
2236   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
2237     if (!BI->isConditional())
2238       return false;
2239
2240     if (isa<Constant>(BI->getCondition()))
2241       return processFoldableCondBr(BI);
2242
2243     Value *BranchCond = BI->getCondition();
2244     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
2245     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
2246     // Avoid multiple edges early.
2247     if (TrueSucc == FalseSucc)
2248       return false;
2249
2250     BasicBlock *Parent = BI->getParent();
2251     bool Changed = false;
2252
2253     Value *TrueVal = ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
2254     BasicBlockEdge TrueE(Parent, TrueSucc);
2255     Changed |= propagateEquality(BranchCond, TrueVal, TrueE);
2256
2257     Value *FalseVal = ConstantInt::getFalse(FalseSucc->getContext());
2258     BasicBlockEdge FalseE(Parent, FalseSucc);
2259     Changed |= propagateEquality(BranchCond, FalseVal, FalseE);
2260
2261     return Changed;
2262   }
2263
2264   // For switches, propagate the case values into the case destinations.
2265   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(I)) {
2266     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
2267     BasicBlock *Parent = SI->getParent();
2268     bool Changed = false;
2269
2270     // Remember how many outgoing edges there are to every successor.
2271     SmallDenseMap<BasicBlock *, unsigned, 16> SwitchEdges;
2272     for (unsigned i = 0, n = SI->getNumSuccessors(); i != n; ++i)
2273       ++SwitchEdges[SI->getSuccessor(i)];
2274
2275     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2276          i != e; ++i) {
2277       BasicBlock *Dst = i.getCaseSuccessor();
2278       // If there is only a single edge, propagate the case value into it.
2279       if (SwitchEdges.lookup(Dst) == 1) {
2280         BasicBlockEdge E(Parent, Dst);
2281         Changed |= propagateEquality(SwitchCond, i.getCaseValue(), E);
2282       }
2283     }
2284     return Changed;
2285   }
2286
2287   // Instructions with void type don't return a value, so there's
2288   // no point in trying to find redundancies in them.
2289   if (I->getType()->isVoidTy()) return false;
2290
2291   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2292   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
2293
2294   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
2295   // by fast failing them.
2296   if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I) || isa<PHINode>(I)) {
2297     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2298     return false;
2299   }
2300
2301   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
2302   // need to do a lookup to see if the number already exists
2303   // somewhere in the domtree: it can't!
2304   if (Num >= NextNum) {
2305     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2306     return false;
2307   }
2308
2309   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
2310   // dominators.
2311   Value *repl = findLeader(I->getParent(), Num);
2312   if (!repl) {
2313     // Failure, just remember this instance for future use.
2314     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2315     return false;
2316   }
2317
2318   // Remove it!
2319   patchAndReplaceAllUsesWith(I, repl);
2320   if (MD && repl->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2321     MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
2322   markInstructionForDeletion(I);
2323   return true;
2324 }
2325
2326 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
2327 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
2328   if (skipOptnoneFunction(F))
2329     return false;
2330
2331   if (!NoLoads)
2332     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
2333   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2334   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
2335   DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
2336   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
2337   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2338   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
2339   VN.setMemDep(MD);
2340   VN.setDomTree(DT);
2341
2342   bool Changed = false;
2343   bool ShouldContinue = true;
2344
2345   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2346   // optimization opportunities.
2347   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2348     BasicBlock *BB = FI++;
2349
2350     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, this);
2351     if (removedBlock) ++NumGVNBlocks;
2352
2353     Changed |= removedBlock;
2354   }
2355
2356   unsigned Iteration = 0;
2357   while (ShouldContinue) {
2358     DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2359     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2360     Changed |= ShouldContinue;
2361     ++Iteration;
2362   }
2363
2364   if (EnablePRE) {
2365     // Fabricate val-num for dead-code in order to suppress assertion in
2366     // performPRE().
2367     assignValNumForDeadCode();
2368     bool PREChanged = true;
2369     while (PREChanged) {
2370       PREChanged = performPRE(F);
2371       Changed |= PREChanged;
2372     }
2373   }
2374
2375   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2376   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2377   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2378   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2379
2380   cleanupGlobalSets();
2381   // Do not cleanup DeadBlocks in cleanupGlobalSets() as it's called for each
2382   // iteration. 
2383   DeadBlocks.clear();
2384
2385   return Changed;
2386 }
2387
2388
2389 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2390   // FIXME: Kill off InstrsToErase by doing erasing eagerly in a helper function
2391   // (and incrementing BI before processing an instruction).
2392   assert(InstrsToErase.empty() &&
2393          "We expect InstrsToErase to be empty across iterations");
2394   if (DeadBlocks.count(BB))
2395     return false;
2396
2397   bool ChangedFunction = false;
2398
2399   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2400        BI != BE;) {
2401     ChangedFunction |= processInstruction(BI);
2402     if (InstrsToErase.empty()) {
2403       ++BI;
2404       continue;
2405     }
2406
2407     // If we need some instructions deleted, do it now.
2408     NumGVNInstr += InstrsToErase.size();
2409
2410     // Avoid iterator invalidation.
2411     bool AtStart = BI == BB->begin();
2412     if (!AtStart)
2413       --BI;
2414
2415     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::iterator I = InstrsToErase.begin(),
2416          E = InstrsToErase.end(); I != E; ++I) {
2417       DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2418       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2419       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2420       (*I)->eraseFromParent();
2421     }
2422     InstrsToErase.clear();
2423
2424     if (AtStart)
2425       BI = BB->begin();
2426     else
2427       ++BI;
2428   }
2429
2430   return ChangedFunction;
2431 }
2432
2433 /// performPRE - Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2434 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2435 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2436   bool Changed = false;
2437   SmallVector<std::pair<Value*, BasicBlock*>, 8> predMap;
2438   for (BasicBlock *CurrentBlock : depth_first(&F.getEntryBlock())) {
2439     // Nothing to PRE in the entry block.
2440     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock()) continue;
2441
2442     // Don't perform PRE on a landing pad.
2443     if (CurrentBlock->isLandingPad()) continue;
2444
2445     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2446          BE = CurrentBlock->end(); BI != BE; ) {
2447       Instruction *CurInst = BI++;
2448
2449       if (isa<AllocaInst>(CurInst) ||
2450           isa<TerminatorInst>(CurInst) || isa<PHINode>(CurInst) ||
2451           CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2452           CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2453           isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2454         continue;
2455
2456       // Don't do PRE on compares. The PHI would prevent CodeGenPrepare from
2457       // sinking the compare again, and it would force the code generator to
2458       // move the i1 from processor flags or predicate registers into a general
2459       // purpose register.
2460       if (isa<CmpInst>(CurInst))
2461         continue;
2462
2463       // We don't currently value number ANY inline asm calls.
2464       if (CallInst *CallI = dyn_cast<CallInst>(CurInst))
2465         if (CallI->isInlineAsm())
2466           continue;
2467
2468       uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2469
2470       // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2471       // only trying to solve the basic diamond case, where
2472       // a value is computed in the successor and one predecessor,
2473       // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2474       // where the successor is its own predecessor, because they're
2475       // more complicated to get right.
2476       unsigned NumWith = 0;
2477       unsigned NumWithout = 0;
2478       BasicBlock *PREPred = nullptr;
2479       predMap.clear();
2480
2481       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2482            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI) {
2483         BasicBlock *P = *PI;
2484         // We're not interested in PRE where the block is its
2485         // own predecessor, or in blocks with predecessors
2486         // that are not reachable.
2487         if (P == CurrentBlock) {
2488           NumWithout = 2;
2489           break;
2490         } else if (!DT->isReachableFromEntry(P))  {
2491           NumWithout = 2;
2492           break;
2493         }
2494
2495         Value* predV = findLeader(P, ValNo);
2496         if (!predV) {
2497           predMap.push_back(std::make_pair(static_cast<Value *>(nullptr), P));
2498           PREPred = P;
2499           ++NumWithout;
2500         } else if (predV == CurInst) {
2501           /* CurInst dominates this predecessor. */
2502           NumWithout = 2;
2503           break;
2504         } else {
2505           predMap.push_back(std::make_pair(predV, P));
2506           ++NumWith;
2507         }
2508       }
2509
2510       // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2511       // we would need to insert instructions in more than one pred.
2512       if (NumWithout != 1 || NumWith == 0)
2513         continue;
2514
2515       // Don't do PRE across indirect branch.
2516       if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2517         continue;
2518
2519       // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2520       // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2521       // on the function.
2522       unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2523       if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2524         toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2525         continue;
2526       }
2527
2528       // Instantiate the expression in the predecessor that lacked it.
2529       // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2530       // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2531       // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2532       // in this loop.
2533       Instruction *PREInstr = CurInst->clone();
2534       bool success = true;
2535       for (unsigned i = 0, e = CurInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2536         Value *Op = PREInstr->getOperand(i);
2537         if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2538           continue;
2539
2540         if (Value *V = findLeader(PREPred, VN.lookup(Op))) {
2541           PREInstr->setOperand(i, V);
2542         } else {
2543           success = false;
2544           break;
2545         }
2546       }
2547
2548       // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2549       // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2550       // are not value numbered precisely.
2551       if (!success) {
2552         DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2553         delete PREInstr;
2554         continue;
2555       }
2556
2557       PREInstr->insertBefore(PREPred->getTerminator());
2558       PREInstr->setName(CurInst->getName() + ".pre");
2559       PREInstr->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2560       VN.add(PREInstr, ValNo);
2561       ++NumGVNPRE;
2562
2563       // Update the availability map to include the new instruction.
2564       addToLeaderTable(ValNo, PREInstr, PREPred);
2565
2566       // Create a PHI to make the value available in this block.
2567       PHINode* Phi = PHINode::Create(CurInst->getType(), predMap.size(),
2568                                      CurInst->getName() + ".pre-phi",
2569                                      CurrentBlock->begin());
2570       for (unsigned i = 0, e = predMap.size(); i != e; ++i) {
2571         if (Value *V = predMap[i].first)
2572           Phi->addIncoming(V, predMap[i].second);
2573         else
2574           Phi->addIncoming(PREInstr, PREPred);
2575       }
2576
2577       VN.add(Phi, ValNo);
2578       addToLeaderTable(ValNo, Phi, CurrentBlock);
2579       Phi->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2580       CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2581       if (Phi->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) {
2582         // Because we have added a PHI-use of the pointer value, it has now
2583         // "escaped" from alias analysis' perspective.  We need to inform
2584         // AA of this.
2585         for (unsigned ii = 0, ee = Phi->getNumIncomingValues(); ii != ee;
2586              ++ii) {
2587           unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
2588           VN.getAliasAnalysis()->addEscapingUse(Phi->getOperandUse(jj));
2589         }
2590
2591         if (MD)
2592           MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2593       }
2594       VN.erase(CurInst);
2595       removeFromLeaderTable(ValNo, CurInst, CurrentBlock);
2596
2597       DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2598       if (MD) MD->removeInstruction(CurInst);
2599       DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2600       CurInst->eraseFromParent();
2601       Changed = true;
2602     }
2603   }
2604
2605   if (splitCriticalEdges())
2606     Changed = true;
2607
2608   return Changed;
2609 }
2610
2611 /// Split the critical edge connecting the given two blocks, and return
2612 /// the block inserted to the critical edge.
2613 BasicBlock *GVN::splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ) {
2614   BasicBlock *BB = SplitCriticalEdge(Pred, Succ, this);
2615   if (MD)
2616     MD->invalidateCachedPredecessors();
2617   return BB;
2618 }
2619
2620 /// splitCriticalEdges - Split critical edges found during the previous
2621 /// iteration that may enable further optimization.
2622 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2623   if (toSplit.empty())
2624     return false;
2625   do {
2626     std::pair<TerminatorInst*, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2627     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second, this);
2628   } while (!toSplit.empty());
2629   if (MD) MD->invalidateCachedPredecessors();
2630   return true;
2631 }
2632
2633 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
2634 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2635   cleanupGlobalSets();
2636
2637   // Top-down walk of the dominator tree
2638   bool Changed = false;
2639 #if 0
2640   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2641   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
2642   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2643        RE = RPOT.end(); RI != RE; ++RI)
2644     Changed |= processBlock(*RI);
2645 #else
2646   // Save the blocks this function have before transformation begins. GVN may
2647   // split critical edge, and hence may invalidate the RPO/DT iterator.
2648   //
2649   std::vector<BasicBlock *> BBVect;
2650   BBVect.reserve(256);
2651   for (DomTreeNode *X : depth_first(DT->getRootNode()))
2652     BBVect.push_back(X->getBlock());
2653
2654   for (std::vector<BasicBlock *>::iterator I = BBVect.begin(), E = BBVect.end();
2655        I != E; I++)
2656     Changed |= processBlock(*I);
2657 #endif
2658
2659   return Changed;
2660 }
2661
2662 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2663   VN.clear();
2664   LeaderTable.clear();
2665   TableAllocator.Reset();
2666 }
2667
2668 /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur in our
2669 /// internal data structures.
2670 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2671   VN.verifyRemoved(Inst);
2672
2673   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2674   // ferreted away in it.
2675   for (DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry>::const_iterator
2676        I = LeaderTable.begin(), E = LeaderTable.end(); I != E; ++I) {
2677     const LeaderTableEntry *Node = &I->second;
2678     assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2679
2680     while (Node->Next) {
2681       Node = Node->Next;
2682       assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2683     }
2684   }
2685 }
2686
2687 // BB is declared dead, which implied other blocks become dead as well. This
2688 // function is to add all these blocks to "DeadBlocks". For the dead blocks'
2689 // live successors, update their phi nodes by replacing the operands
2690 // corresponding to dead blocks with UndefVal.
2691 //
2692 void GVN::addDeadBlock(BasicBlock *BB) {
2693   SmallVector<BasicBlock *, 4> NewDead;
2694   SmallSetVector<BasicBlock *, 4> DF;
2695
2696   NewDead.push_back(BB);
2697   while (!NewDead.empty()) {
2698     BasicBlock *D = NewDead.pop_back_val();
2699     if (DeadBlocks.count(D))
2700       continue;
2701
2702     // All blocks dominated by D are dead.
2703     SmallVector<BasicBlock *, 8> Dom;
2704     DT->getDescendants(D, Dom);
2705     DeadBlocks.insert(Dom.begin(), Dom.end());
2706     
2707     // Figure out the dominance-frontier(D).
2708     for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = Dom.begin(),
2709            E = Dom.end(); I != E; I++) {
2710       BasicBlock *B = *I;
2711       for (succ_iterator SI = succ_begin(B), SE = succ_end(B); SI != SE; SI++) {
2712         BasicBlock *S = *SI;
2713         if (DeadBlocks.count(S))
2714           continue;
2715
2716         bool AllPredDead = true;
2717         for (pred_iterator PI = pred_begin(S), PE = pred_end(S); PI != PE; PI++)
2718           if (!DeadBlocks.count(*PI)) {
2719             AllPredDead = false;
2720             break;
2721           }
2722
2723         if (!AllPredDead) {
2724           // S could be proved dead later on. That is why we don't update phi
2725           // operands at this moment.
2726           DF.insert(S);
2727         } else {
2728           // While S is not dominated by D, it is dead by now. This could take
2729           // place if S already have a dead predecessor before D is declared
2730           // dead.
2731           NewDead.push_back(S);
2732         }
2733       }
2734     }
2735   }
2736
2737   // For the dead blocks' live successors, update their phi nodes by replacing
2738   // the operands corresponding to dead blocks with UndefVal.
2739   for(SmallSetVector<BasicBlock *, 4>::iterator I = DF.begin(), E = DF.end();
2740         I != E; I++) {
2741     BasicBlock *B = *I;
2742     if (DeadBlocks.count(B))
2743       continue;
2744
2745     SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds(pred_begin(B), pred_end(B));
2746     for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator PI = Preds.begin(),
2747            PE = Preds.end(); PI != PE; PI++) {
2748       BasicBlock *P = *PI;
2749
2750       if (!DeadBlocks.count(P))
2751         continue;
2752
2753       if (isCriticalEdge(P->getTerminator(), GetSuccessorNumber(P, B))) {
2754         if (BasicBlock *S = splitCriticalEdges(P, B))
2755           DeadBlocks.insert(P = S);
2756       }
2757
2758       for (BasicBlock::iterator II = B->begin(); isa<PHINode>(II); ++II) {
2759         PHINode &Phi = cast<PHINode>(*II);
2760         Phi.setIncomingValue(Phi.getBasicBlockIndex(P),
2761                              UndefValue::get(Phi.getType()));
2762       }
2763     }
2764   }
2765 }
2766
2767 // If the given branch is recognized as a foldable branch (i.e. conditional
2768 // branch with constant condition), it will perform following analyses and
2769 // transformation.
2770 //  1) If the dead out-coming edge is a critical-edge, split it. Let 
2771 //     R be the target of the dead out-coming edge.
2772 //  1) Identify the set of dead blocks implied by the branch's dead outcoming
2773 //     edge. The result of this step will be {X| X is dominated by R}
2774 //  2) Identify those blocks which haves at least one dead prodecessor. The
2775 //     result of this step will be dominance-frontier(R).
2776 //  3) Update the PHIs in DF(R) by replacing the operands corresponding to 
2777 //     dead blocks with "UndefVal" in an hope these PHIs will optimized away.
2778 //
2779 // Return true iff *NEW* dead code are found.
2780 bool GVN::processFoldableCondBr(BranchInst *BI) {
2781   if (!BI || BI->isUnconditional())
2782     return false;
2783
2784   ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(BI->getCondition());
2785   if (!Cond)
2786     return false;
2787
2788   BasicBlock *DeadRoot = Cond->getZExtValue() ? 
2789                          BI->getSuccessor(1) : BI->getSuccessor(0);
2790   if (DeadBlocks.count(DeadRoot))
2791     return false;
2792
2793   if (!DeadRoot->getSinglePredecessor())
2794     DeadRoot = splitCriticalEdges(BI->getParent(), DeadRoot);
2795
2796   addDeadBlock(DeadRoot);
2797   return true;
2798 }
2799
2800 // performPRE() will trigger assert if it comes across an instruction without
2801 // associated val-num. As it normally has far more live instructions than dead
2802 // instructions, it makes more sense just to "fabricate" a val-number for the
2803 // dead code than checking if instruction involved is dead or not.
2804 void GVN::assignValNumForDeadCode() {
2805   for (SetVector<BasicBlock *>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
2806         E = DeadBlocks.end(); I != E; I++) {
2807     BasicBlock *BB = *I;
2808     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EE = BB->end();
2809           II != EE; II++) {
2810       Instruction *Inst = &*II;
2811       unsigned ValNum = VN.lookup_or_add(Inst);
2812       addToLeaderTable(ValNum, Inst, BB);
2813     }
2814   }
2815 }