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