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/BasicBlock.h"
  21 #include "llvm/Constants.h"
  22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  23 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  24 #include "llvm/Function.h"
  25 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  26 #include "llvm/LLVMContext.h"
  27 #include "llvm/Operator.h"
  28 #include "llvm/Value.h"
  29 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  30 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  31 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
  32 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  33 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  35 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  36 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  37 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  38 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
  39 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
  40 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
  41 #include "llvm/Support/CFG.h"
  42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  43 #include "llvm/Support/Debug.h"
  44 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  45 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  46 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
  47 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  48 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  49 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  50 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  51 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
  52 using namespace llvm;
  53
  54 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
  55 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
  56 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
  57 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
  58 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
  59
  60 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
  61                                cl::init(true), cl::Hidden);
  62 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
  63 static cl::opt<bool> EnableFullLoadPRE("enable-full-load-pre", cl::init(false));
  64
  65 //===----------------------------------------------------------------------===//
  66 //                         ValueTable Class
  67 //===----------------------------------------------------------------------===//
  68
  69 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
  70 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
  71 /// two values.
  72 namespace {
  73   struct Expression {
  74     enum ExpressionOpcode {
  75       ADD = Instruction::Add,
  76       FADD = Instruction::FAdd,
  77       SUB = Instruction::Sub,
  78       FSUB = Instruction::FSub,
  79       MUL = Instruction::Mul,
  80       FMUL = Instruction::FMul,
  81       UDIV = Instruction::UDiv,
  82       SDIV = Instruction::SDiv,
  83       FDIV = Instruction::FDiv,
  84       UREM = Instruction::URem,
  85       SREM = Instruction::SRem,
  86       FREM = Instruction::FRem,
  87       SHL = Instruction::Shl,
  88       LSHR = Instruction::LShr,
  89       ASHR = Instruction::AShr,
  90       AND = Instruction::And,
  91       OR = Instruction::Or,
  92       XOR = Instruction::Xor,
  93       TRUNC = Instruction::Trunc,
  94       ZEXT = Instruction::ZExt,
  95       SEXT = Instruction::SExt,
  96       FPTOUI = Instruction::FPToUI,
  97       FPTOSI = Instruction::FPToSI,
  98       UITOFP = Instruction::UIToFP,
  99       SITOFP = Instruction::SIToFP,
 100       FPTRUNC = Instruction::FPTrunc,
 101       FPEXT = Instruction::FPExt,
 102       PTRTOINT = Instruction::PtrToInt,
 103       INTTOPTR = Instruction::IntToPtr,
 104       BITCAST = Instruction::BitCast,
 105       ICMPEQ, ICMPNE, ICMPUGT, ICMPUGE, ICMPULT, ICMPULE,
 106       ICMPSGT, ICMPSGE, ICMPSLT, ICMPSLE, FCMPOEQ,
 107       FCMPOGT, FCMPOGE, FCMPOLT, FCMPOLE, FCMPONE,
 108       FCMPORD, FCMPUNO, FCMPUEQ, FCMPUGT, FCMPUGE,
 109       FCMPULT, FCMPULE, FCMPUNE, EXTRACT, INSERT,
 110       SHUFFLE, SELECT, GEP, CALL, CONSTANT,
 111       INSERTVALUE, EXTRACTVALUE, EMPTY, TOMBSTONE };
 112
 113     ExpressionOpcode opcode;
 114     const Type* type;
 115     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
 116     Value *function;
 117
 118     Expression() { }
 119     Expression(ExpressionOpcode o) : opcode(o) { }
 120
 121     bool operator==(const Expression &other) const {
 122       if (opcode != other.opcode)
 123         return false;
 124       else if (opcode == EMPTY || opcode == TOMBSTONE)
 125         return true;
 126       else if (type != other.type)
 127         return false;
 128       else if (function != other.function)
 129         return false;
 130       else {
 131         if (varargs.size() != other.varargs.size())
 132           return false;
 133
 134         for (size_t i = 0; i < varargs.size(); ++i)
 135           if (varargs[i] != other.varargs[i])
 136             return false;
 137
 138         return true;
 139       }
 140     }
 141
 142     bool operator!=(const Expression &other) const {
 143       return !(*this == other);
 144     }
 145   };
 146
 147   class ValueTable {
 148     private:
 149       DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
 150       DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
 151       AliasAnalysis* AA;
 152       MemoryDependenceAnalysis* MD;
 153       DominatorTree* DT;
 154
 155       uint32_t nextValueNumber;
 156
 157       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CmpInst* C);
 158       Expression create_expression(BinaryOperator* BO);
 159       Expression create_expression(CmpInst* C);
 160       Expression create_expression(ShuffleVectorInst* V);
 161       Expression create_expression(ExtractElementInst* C);
 162       Expression create_expression(InsertElementInst* V);
 163       Expression create_expression(SelectInst* V);
 164       Expression create_expression(CastInst* C);
 165       Expression create_expression(GetElementPtrInst* G);
 166       Expression create_expression(CallInst* C);
 167       Expression create_expression(Constant* C);
 168       Expression create_expression(ExtractValueInst* C);
 169       Expression create_expression(InsertValueInst* C);
 170
 171       uint32_t lookup_or_add_call(CallInst* C);
 172     public:
 173       ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
 174       uint32_t lookup_or_add(Value *V);
 175       uint32_t lookup(Value *V) const;
 176       void add(Value *V, uint32_t num);
 177       void clear();
 178       void erase(Value *v);
 179       unsigned size();
 180       void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
 181       AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
 182       void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
 183       void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
 184       uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
 185       void verifyRemoved(const Value *) const;
 186   };
 187 }
 188
 189 namespace llvm {
 190 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
 191   static inline Expression getEmptyKey() {
 192     return Expression(Expression::EMPTY);
 193   }
 194
 195   static inline Expression getTombstoneKey() {
 196     return Expression(Expression::TOMBSTONE);
 197   }
 198
 199   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
 200     unsigned hash = e.opcode;
 201
 202     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.type >> 4) ^
 203             (unsigned)((uintptr_t)e.type >> 9));
 204
 205     for (SmallVector<uint32_t, 4>::const_iterator I = e.varargs.begin(),
 206          E = e.varargs.end(); I != E; ++I)
 207       hash = *I + hash * 37;
 208
 209     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.function >> 4) ^
 210             (unsigned)((uintptr_t)e.function >> 9)) +
 211            hash * 37;
 212
 213     return hash;
 214   }
 215   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
 216     return LHS == RHS;
 217   }
 218 };
 219
 220 template <>
 221 struct isPodLike<Expression> { static const bool value = true; };
 222
 223 }
 224
 225 //===----------------------------------------------------------------------===//
 226 //                     ValueTable Internal Functions
 227 //===----------------------------------------------------------------------===//
 228
 229 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(CmpInst* C) {
 230   if (isa<ICmpInst>(C)) {
 231     switch (C->getPredicate()) {
 232     default:  // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 233       llvm_unreachable("Comparison with unknown predicate?");
 234     case ICmpInst::ICMP_EQ:  return Expression::ICMPEQ;
 235     case ICmpInst::ICMP_NE:  return Expression::ICMPNE;
 236     case ICmpInst::ICMP_UGT: return Expression::ICMPUGT;
 237     case ICmpInst::ICMP_UGE: return Expression::ICMPUGE;
 238     case ICmpInst::ICMP_ULT: return Expression::ICMPULT;
 239     case ICmpInst::ICMP_ULE: return Expression::ICMPULE;
 240     case ICmpInst::ICMP_SGT: return Expression::ICMPSGT;
 241     case ICmpInst::ICMP_SGE: return Expression::ICMPSGE;
 242     case ICmpInst::ICMP_SLT: return Expression::ICMPSLT;
 243     case ICmpInst::ICMP_SLE: return Expression::ICMPSLE;
 244     }
 245   } else {
 246     switch (C->getPredicate()) {
 247     default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 248       llvm_unreachable("Comparison with unknown predicate?");
 249     case FCmpInst::FCMP_OEQ: return Expression::FCMPOEQ;
 250     case FCmpInst::FCMP_OGT: return Expression::FCMPOGT;
 251     case FCmpInst::FCMP_OGE: return Expression::FCMPOGE;
 252     case FCmpInst::FCMP_OLT: return Expression::FCMPOLT;
 253     case FCmpInst::FCMP_OLE: return Expression::FCMPOLE;
 254     case FCmpInst::FCMP_ONE: return Expression::FCMPONE;
 255     case FCmpInst::FCMP_ORD: return Expression::FCMPORD;
 256     case FCmpInst::FCMP_UNO: return Expression::FCMPUNO;
 257     case FCmpInst::FCMP_UEQ: return Expression::FCMPUEQ;
 258     case FCmpInst::FCMP_UGT: return Expression::FCMPUGT;
 259     case FCmpInst::FCMP_UGE: return Expression::FCMPUGE;
 260     case FCmpInst::FCMP_ULT: return Expression::FCMPULT;
 261     case FCmpInst::FCMP_ULE: return Expression::FCMPULE;
 262     case FCmpInst::FCMP_UNE: return Expression::FCMPUNE;
 263     }
 264   }
 265 }
 266
 267 Expression ValueTable::create_expression(CallInst* C) {
 268   Expression e;
 269
 270   e.type = C->getType();
 271   e.function = C->getCalledFunction();
 272   e.opcode = Expression::CALL;
 273
 274   for (CallInst::op_iterator I = C->op_begin()+1, E = C->op_end();
 275        I != E; ++I)
 276     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 277
 278   return e;
 279 }
 280
 281 Expression ValueTable::create_expression(BinaryOperator* BO) {
 282   Expression e;
 283   e.varargs.push_back(lookup_or_add(BO->getOperand(0)));
 284   e.varargs.push_back(lookup_or_add(BO->getOperand(1)));
 285   e.function = 0;
 286   e.type = BO->getType();
 287   e.opcode = static_cast<Expression::ExpressionOpcode>(BO->getOpcode());
 288
 289   return e;
 290 }
 291
 292 Expression ValueTable::create_expression(CmpInst* C) {
 293   Expression e;
 294
 295   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(0)));
 296   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(1)));
 297   e.function = 0;
 298   e.type = C->getType();
 299   e.opcode = getOpcode(C);
 300
 301   return e;
 302 }
 303
 304 Expression ValueTable::create_expression(CastInst* C) {
 305   Expression e;
 306
 307   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(0)));
 308   e.function = 0;
 309   e.type = C->getType();
 310   e.opcode = static_cast<Expression::ExpressionOpcode>(C->getOpcode());
 311
 312   return e;
 313 }
 314
 315 Expression ValueTable::create_expression(ShuffleVectorInst* S) {
 316   Expression e;
 317
 318   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(0)));
 319   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(1)));
 320   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(2)));
 321   e.function = 0;
 322   e.type = S->getType();
 323   e.opcode = Expression::SHUFFLE;
 324
 325   return e;
 326 }
 327
 328 Expression ValueTable::create_expression(ExtractElementInst* E) {
 329   Expression e;
 330
 331   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getOperand(0)));
 332   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getOperand(1)));
 333   e.function = 0;
 334   e.type = E->getType();
 335   e.opcode = Expression::EXTRACT;
 336
 337   return e;
 338 }
 339
 340 Expression ValueTable::create_expression(InsertElementInst* I) {
 341   Expression e;
 342
 343   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(0)));
 344   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(1)));
 345   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(2)));
 346   e.function = 0;
 347   e.type = I->getType();
 348   e.opcode = Expression::INSERT;
 349
 350   return e;
 351 }
 352
 353 Expression ValueTable::create_expression(SelectInst* I) {
 354   Expression e;
 355
 356   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getCondition()));
 357   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getTrueValue()));
 358   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getFalseValue()));
 359   e.function = 0;
 360   e.type = I->getType();
 361   e.opcode = Expression::SELECT;
 362
 363   return e;
 364 }
 365
 366 Expression ValueTable::create_expression(GetElementPtrInst* G) {
 367   Expression e;
 368
 369   e.varargs.push_back(lookup_or_add(G->getPointerOperand()));
 370   e.function = 0;
 371   e.type = G->getType();
 372   e.opcode = Expression::GEP;
 373
 374   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = G->idx_begin(), E = G->idx_end();
 375        I != E; ++I)
 376     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 377
 378   return e;
 379 }
 380
 381 Expression ValueTable::create_expression(ExtractValueInst* E) {
 382   Expression e;
 383
 384   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getAggregateOperand()));
 385   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
 386        II != IE; ++II)
 387     e.varargs.push_back(*II);
 388   e.function = 0;
 389   e.type = E->getType();
 390   e.opcode = Expression::EXTRACTVALUE;
 391
 392   return e;
 393 }
 394
 395 Expression ValueTable::create_expression(InsertValueInst* E) {
 396   Expression e;
 397
 398   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getAggregateOperand()));
 399   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getInsertedValueOperand()));
 400   for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
 401        II != IE; ++II)
 402     e.varargs.push_back(*II);
 403   e.function = 0;
 404   e.type = E->getType();
 405   e.opcode = Expression::INSERTVALUE;
 406
 407   return e;
 408 }
 409
 410 //===----------------------------------------------------------------------===//
 411 //                     ValueTable External Functions
 412 //===----------------------------------------------------------------------===//
 413
 414 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
 415 void ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
 416   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
 417 }
 418
 419 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_call(CallInst* C) {
 420   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
 421     Expression exp = create_expression(C);
 422     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 423     if (!e) e = nextValueNumber++;
 424     valueNumbering[C] = e;
 425     return e;
 426   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
 427     Expression exp = create_expression(C);
 428     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 429     if (!e) {
 430       e = nextValueNumber++;
 431       valueNumbering[C] = e;
 432       return e;
 433     }
 434     if (!MD) {
 435       e = nextValueNumber++;
 436       valueNumbering[C] = e;
 437       return e;
 438     }
 439
 440     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
 441
 442     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
 443       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
 444       return nextValueNumber++;
 445     }
 446
 447     if (local_dep.isDef()) {
 448       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
 449
 450       if (local_cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
 451         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 452         return nextValueNumber++;
 453       }
 454
 455       for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
 456         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
 457         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getOperand(i));
 458         if (c_vn != cd_vn) {
 459           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 460           return nextValueNumber++;
 461         }
 462       }
 463
 464       uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
 465       valueNumbering[C] = v;
 466       return v;
 467     }
 468
 469     // Non-local case.
 470     const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
 471       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
 472     // FIXME: call/call dependencies for readonly calls should return def, not
 473     // clobber!  Move the checking logic to MemDep!
 474     CallInst* cdep = 0;
 475
 476     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
 477     // identical to C.
 478     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
 479       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
 480       // Ignore non-local dependencies.
 481       if (I->getResult().isNonLocal())
 482         continue;
 483
 484       // We don't handle non-depedencies.  If we already have a call, reject
 485       // instruction dependencies.
 486       if (I->getResult().isClobber() || cdep != 0) {
 487         cdep = 0;
 488         break;
 489       }
 490
 491       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
 492       // FIXME: All duplicated with non-local case.
 493       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
 494         cdep = NonLocalDepCall;
 495         continue;
 496       }
 497
 498       cdep = 0;
 499       break;
 500     }
 501
 502     if (!cdep) {
 503       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 504       return nextValueNumber++;
 505     }
 506
 507     if (cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
 508       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 509       return nextValueNumber++;
 510     }
 511     for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
 512       uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
 513       uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getOperand(i));
 514       if (c_vn != cd_vn) {
 515         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 516         return nextValueNumber++;
 517       }
 518     }
 519
 520     uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
 521     valueNumbering[C] = v;
 522     return v;
 523
 524   } else {
 525     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 526     return nextValueNumber++;
 527   }
 528 }
 529
 530 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
 531 /// it a new number if it did not have one before.
 532 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value *V) {
 533   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
 534   if (VI != valueNumbering.end())
 535     return VI->second;
 536
 537   if (!isa<Instruction>(V)) {
 538     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
 539     return nextValueNumber++;
 540   }
 541
 542   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
 543   Expression exp;
 544   switch (I->getOpcode()) {
 545     case Instruction::Call:
 546       return lookup_or_add_call(cast<CallInst>(I));
 547     case Instruction::Add:
 548     case Instruction::FAdd:
 549     case Instruction::Sub:
 550     case Instruction::FSub:
 551     case Instruction::Mul:
 552     case Instruction::FMul:
 553     case Instruction::UDiv:
 554     case Instruction::SDiv:
 555     case Instruction::FDiv:
 556     case Instruction::URem:
 557     case Instruction::SRem:
 558     case Instruction::FRem:
 559     case Instruction::Shl:
 560     case Instruction::LShr:
 561     case Instruction::AShr:
 562     case Instruction::And:
 563     case Instruction::Or :
 564     case Instruction::Xor:
 565       exp = create_expression(cast<BinaryOperator>(I));
 566       break;
 567     case Instruction::ICmp:
 568     case Instruction::FCmp:
 569       exp = create_expression(cast<CmpInst>(I));
 570       break;
 571     case Instruction::Trunc:
 572     case Instruction::ZExt:
 573     case Instruction::SExt:
 574     case Instruction::FPToUI:
 575     case Instruction::FPToSI:
 576     case Instruction::UIToFP:
 577     case Instruction::SIToFP:
 578     case Instruction::FPTrunc:
 579     case Instruction::FPExt:
 580     case Instruction::PtrToInt:
 581     case Instruction::IntToPtr:
 582     case Instruction::BitCast:
 583       exp = create_expression(cast<CastInst>(I));
 584       break;
 585     case Instruction::Select:
 586       exp = create_expression(cast<SelectInst>(I));
 587       break;
 588     case Instruction::ExtractElement:
 589       exp = create_expression(cast<ExtractElementInst>(I));
 590       break;
 591     case Instruction::InsertElement:
 592       exp = create_expression(cast<InsertElementInst>(I));
 593       break;
 594     case Instruction::ShuffleVector:
 595       exp = create_expression(cast<ShuffleVectorInst>(I));
 596       break;
 597     case Instruction::ExtractValue:
 598       exp = create_expression(cast<ExtractValueInst>(I));
 599       break;
 600     case Instruction::InsertValue:
 601       exp = create_expression(cast<InsertValueInst>(I));
 602       break;
 603     case Instruction::GetElementPtr:
 604       exp = create_expression(cast<GetElementPtrInst>(I));
 605       break;
 606     default:
 607       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
 608       return nextValueNumber++;
 609   }
 610
 611   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 612   if (!e) e = nextValueNumber++;
 613   valueNumbering[V] = e;
 614   return e;
 615 }
 616
 617 /// lookup - Returns the value number of the specified value. Fails if
 618 /// the value has not yet been numbered.
 619 uint32_t ValueTable::lookup(Value *V) const {
 620   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
 621   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
 622   return VI->second;
 623 }
 624
 625 /// clear - Remove all entries from the ValueTable
 626 void ValueTable::clear() {
 627   valueNumbering.clear();
 628   expressionNumbering.clear();
 629   nextValueNumber = 1;
 630 }
 631
 632 /// erase - Remove a value from the value numbering
 633 void ValueTable::erase(Value *V) {
 634   valueNumbering.erase(V);
 635 }
 636
 637 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
 638 /// structures.
 639 void ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
 640   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
 641          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
 642     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
 643   }
 644 }
 645
 646 //===----------------------------------------------------------------------===//
 647 //                                GVN Pass
 648 //===----------------------------------------------------------------------===//
 649
 650 namespace {
 651   struct ValueNumberScope {
 652     ValueNumberScope* parent;
 653     DenseMap<uint32_t, Value*> table;
 654
 655     ValueNumberScope(ValueNumberScope* p) : parent(p) { }
 656   };
 657 }
 658
 659 namespace {
 660
 661   class GVN : public FunctionPass {
 662     bool runOnFunction(Function &F);
 663   public:
 664     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 665     explicit GVN(bool nopre = false, bool noloads = false)
 666       : FunctionPass(&ID), NoPRE(nopre), NoLoads(noloads), MD(0) { }
 667
 668   private:
 669     bool NoPRE;
 670     bool NoLoads;
 671     MemoryDependenceAnalysis *MD;
 672     DominatorTree *DT;
 673
 674     ValueTable VN;
 675     DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*> localAvail;
 676
 677     // List of critical edges to be split between iterations.
 678     SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
 679
 680     // This transformation requires dominator postdominator info
 681     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 682       AU.addRequired<DominatorTree>();
 683       if (!NoLoads)
 684         AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
 685       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 686
 687       AU.addPreserved<DominatorTree>();
 688       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
 689     }
 690
 691     // Helper fuctions
 692     // FIXME: eliminate or document these better
 693     bool processLoad(LoadInst* L,
 694                      SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 695     bool processInstruction(Instruction *I,
 696                             SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 697     bool processNonLocalLoad(LoadInst* L,
 698                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 699     bool processBlock(BasicBlock *BB);
 700     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d);
 701     bool iterateOnFunction(Function &F);
 702     Value *CollapsePhi(PHINode* p);
 703     bool performPRE(Function& F);
 704     Value *lookupNumber(BasicBlock *BB, uint32_t num);
 705     void cleanupGlobalSets();
 706     void verifyRemoved(const Instruction *I) const;
 707     bool splitCriticalEdges();
 708   };
 709
 710   char GVN::ID = 0;
 711 }
 712
 713 // createGVNPass - The public interface to this file...
 714 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoPRE, bool NoLoads) {
 715   return new GVN(NoPRE, NoLoads);
 716 }
 717
 718 static RegisterPass<GVN> X("gvn",
 719                            "Global Value Numbering");
 720
 721 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
 722   errs() << "{\n";
 723   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
 724        E = d.end(); I != E; ++I) {
 725       errs() << I->first << "\n";
 726       I->second->dump();
 727   }
 728   errs() << "}\n";
 729 }
 730
 731 static bool isSafeReplacement(PHINode* p, Instruction *inst) {
 732   if (!isa<PHINode>(inst))
 733     return true;
 734
 735   for (Instruction::use_iterator UI = p->use_begin(), E = p->use_end();
 736        UI != E; ++UI)
 737     if (PHINode* use_phi = dyn_cast<PHINode>(UI))
 738       if (use_phi->getParent() == inst->getParent())
 739         return false;
 740
 741   return true;
 742 }
 743
 744 Value *GVN::CollapsePhi(PHINode *PN) {
 745   Value *ConstVal = PN->hasConstantValue(DT);
 746   if (!ConstVal) return 0;
 747
 748   Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(ConstVal);
 749   if (!Inst)
 750     return ConstVal;
 751
 752   if (DT->dominates(Inst, PN))
 753     if (isSafeReplacement(PN, Inst))
 754       return Inst;
 755   return 0;
 756 }
 757
 758 /// IsValueFullyAvailableInBlock - Return true if we can prove that the value
 759 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
 760 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
 761 /// map is actually a tri-state map with the following values:
 762 ///   0) we know the block *is not* fully available.
 763 ///   1) we know the block *is* fully available.
 764 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
 765 ///      currently speculating that it will be.
 766 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
 767 ///      other blocks.
 768 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
 769                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks) {
 770   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
 771   // if we already know about this block in one lookup.
 772   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
 773     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
 774
 775   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
 776   if (!IV.second) {
 777     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
 778     // speculation of other blocks.
 779     if (IV.first->second == 2)
 780       IV.first->second = 3;
 781     return IV.first->second != 0;
 782   }
 783
 784   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
 785   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
 786
 787   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
 788   if (PI == PE)
 789     goto SpeculationFailure;
 790
 791   for (; PI != PE; ++PI)
 792     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
 793     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
 794     // optimistic assumption and bail out.
 795     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
 796       goto SpeculationFailure;
 797
 798   return true;
 799
 800 // SpeculationFailure - If we get here, we found out that this is not, after
 801 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
 802 // used the speculation to mark other blocks as available.
 803 SpeculationFailure:
 804   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
 805
 806   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
 807   if (BBVal == 2) {
 808     BBVal = 0;
 809     return false;
 810   }
 811
 812   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
 813   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
 814   // 0 if set to one.
 815   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
 816   BBWorklist.push_back(BB);
 817
 818   do {
 819     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
 820     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
 821     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
 822     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
 823     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
 824
 825     // Mark as unavailable.
 826     EntryVal = 0;
 827
 828     for (succ_iterator I = succ_begin(Entry), E = succ_end(Entry); I != E; ++I)
 829       BBWorklist.push_back(*I);
 830   } while (!BBWorklist.empty());
 831
 832   return false;
 833 }
 834
 835
 836 /// CanCoerceMustAliasedValueToLoad - Return true if
 837 /// CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
 838 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
 839                                             const Type *LoadTy,
 840                                             const TargetData &TD) {
 841   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
 842   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
 843   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy() ||
 844       StoredVal->getType()->isStructTy() ||
 845       StoredVal->getType()->isArrayTy())
 846     return false;
 847
 848   // The store has to be at least as big as the load.
 849   if (TD.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
 850         TD.getTypeSizeInBits(LoadTy))
 851     return false;
 852
 853   return true;
 854 }
 855
 856
 857 /// CoerceAvailableValueToLoadType - If we saw a store of a value to memory, and
 858 /// then a load from a must-aliased pointer of a different type, try to coerce
 859 /// the stored value.  LoadedTy is the type of the load we want to replace and
 860 /// InsertPt is the place to insert new instructions.
 861 ///
 862 /// If we can't do it, return null.
 863 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal,
 864                                              const Type *LoadedTy,
 865                                              Instruction *InsertPt,
 866                                              const TargetData &TD) {
 867   if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, TD))
 868     return 0;
 869
 870   const Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
 871
 872   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
 873   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
 874
 875   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
 876   if (StoreSize == LoadSize) {
 877     if (StoredValTy->isPointerTy() && LoadedTy->isPointerTy()) {
 878       // Pointer to Pointer -> use bitcast.
 879       return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
 880     }
 881
 882     // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
 883     if (StoredValTy->isPointerTy()) {
 884       StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 885       StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 886     }
 887
 888     const Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
 889     if (TypeToCastTo->isPointerTy())
 890       TypeToCastTo = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 891
 892     if (StoredValTy != TypeToCastTo)
 893       StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, TypeToCastTo, "", InsertPt);
 894
 895     // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
 896     if (LoadedTy->isPointerTy())
 897       StoredVal = new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
 898
 899     return StoredVal;
 900   }
 901
 902   // If the loaded value is smaller than the available value, then we can
 903   // extract out a piece from it.  If the available value is too small, then we
 904   // can't do anything.
 905   assert(StoreSize >= LoadSize && "CanCoerceMustAliasedValueToLoad fail");
 906
 907   // Convert source pointers to integers, which can be manipulated.
 908   if (StoredValTy->isPointerTy()) {
 909     StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 910     StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 911   }
 912
 913   // Convert vectors and fp to integer, which can be manipulated.
 914   if (!StoredValTy->isIntegerTy()) {
 915     StoredValTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), StoreSize);
 916     StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 917   }
 918
 919   // If this is a big-endian system, we need to shift the value down to the low
 920   // bits so that a truncate will work.
 921   if (TD.isBigEndian()) {
 922     Constant *Val = ConstantInt::get(StoredVal->getType(), StoreSize-LoadSize);
 923     StoredVal = BinaryOperator::CreateLShr(StoredVal, Val, "tmp", InsertPt);
 924   }
 925
 926   // Truncate the integer to the right size now.
 927   const Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadSize);
 928   StoredVal = new TruncInst(StoredVal, NewIntTy, "trunc", InsertPt);
 929
 930   if (LoadedTy == NewIntTy)
 931     return StoredVal;
 932
 933   // If the result is a pointer, inttoptr.
 934   if (LoadedTy->isPointerTy())
 935     return new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr", InsertPt);
 936
 937   // Otherwise, bitcast.
 938   return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "bitcast", InsertPt);
 939 }
 940
 941 /// GetBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if it can
 942 /// be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the base and
 943 /// offset to the caller.
 944 static Value *GetBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
 945                                         const TargetData &TD) {
 946   Operator *PtrOp = dyn_cast<Operator>(Ptr);
 947   if (PtrOp == 0) return Ptr;
 948
 949   // Just look through bitcasts.
 950   if (PtrOp->getOpcode() == Instruction::BitCast)
 951     return GetBaseWithConstantOffset(PtrOp->getOperand(0), Offset, TD);
 952
 953   // If this is a GEP with constant indices, we can look through it.
 954   GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp);
 955   if (GEP == 0 || !GEP->hasAllConstantIndices()) return Ptr;
 956
 957   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
 958   for (User::op_iterator I = GEP->idx_begin(), E = GEP->idx_end(); I != E;
 959        ++I, ++GTI) {
 960     ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(*I);
 961     if (OpC->isZero()) continue;
 962
 963     // Handle a struct and array indices which add their offset to the pointer.
 964     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
 965       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
 966     } else {
 967       uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
 968       Offset += OpC->getSExtValue()*Size;
 969     }
 970   }
 971
 972   // Re-sign extend from the pointer size if needed to get overflow edge cases
 973   // right.
 974   unsigned PtrSize = TD.getPointerSizeInBits();
 975   if (PtrSize < 64)
 976     Offset = (Offset << (64-PtrSize)) >> (64-PtrSize);
 977
 978   return GetBaseWithConstantOffset(GEP->getPointerOperand(), Offset, TD);
 979 }
 980
 981
 982 /// AnalyzeLoadFromClobberingWrite - This function is called when we have a
 983 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
 984 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
 985 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
 986 ///
 987 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
 988 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
 989 /// value of the piece that feeds the load.
 990 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
 991                                           Value *WritePtr,
 992                                           uint64_t WriteSizeInBits,
 993                                           const TargetData &TD) {
 994   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
 995   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
 996   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy())
 997     return -1;
 998
 999   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
1000   Value *StoreBase = GetBaseWithConstantOffset(WritePtr, StoreOffset, TD);
1001   Value *LoadBase =
1002     GetBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, TD);
1003   if (StoreBase != LoadBase)
1004     return -1;
1005
1006   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
1007   // a must alias.  AA must have gotten confused.
1008   // FIXME: Study to see if/when this happens.
1009   if (LoadOffset == StoreOffset) {
1010 #if 0
1011     dbgs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
1012     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
1013     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
1014     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
1015     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
1016     abort();
1017 #endif
1018     return -1;
1019   }
1020
1021   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
1022   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
1023   // must have gotten confused.
1024   // FIXME: Investigate cases where this bails out, e.g. rdar://7238614. Then
1025   // remove this check, as it is duplicated with what we have below.
1026   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy);
1027
1028   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
1029     return -1;
1030   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
1031   LoadSize >>= 3;
1032
1033
1034   bool isAAFailure = false;
1035   if (StoreOffset < LoadOffset) {
1036     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
1037   } else {
1038     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
1039   }
1040   if (isAAFailure) {
1041 #if 0
1042     dbgs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
1043     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
1044     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
1045     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
1046     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
1047     abort();
1048 #endif
1049     return -1;
1050   }
1051
1052   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
1053   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
1054   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
1055   // valuable.
1056   if (StoreOffset > LoadOffset ||
1057       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
1058     return -1;
1059
1060   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
1061   // store that the load is.
1062   return LoadOffset-StoreOffset;
1063 }
1064
1065 /// AnalyzeLoadFromClobberingStore - This function is called when we have a
1066 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
1067 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1068                                           StoreInst *DepSI,
1069                                           const TargetData &TD) {
1070   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1071   if (DepSI->getOperand(0)->getType()->isStructTy() ||
1072       DepSI->getOperand(0)->getType()->isArrayTy())
1073     return -1;
1074
1075   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
1076   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(DepSI->getOperand(0)->getType());
1077   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1078                                         StorePtr, StoreSize, TD);
1079 }
1080
1081 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1082                                             MemIntrinsic *MI,
1083                                             const TargetData &TD) {
1084   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
1085   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1086   if (SizeCst == 0) return -1;
1087   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
1088
1089   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
1090   // of the memset..
1091   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
1092     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
1093                                           MemSizeInBits, TD);
1094
1095   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
1096   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
1097   // constant memory.
1098   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
1099
1100   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
1101   if (Src == 0) return -1;
1102
1103   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Src->getUnderlyingObject());
1104   if (GV == 0 || !GV->isConstant()) return -1;
1105
1106   // See if the access is within the bounds of the transfer.
1107   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1108                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, TD);
1109   if (Offset == -1)
1110     return Offset;
1111
1112   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1113   // offset applied as appropriate.
1114   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1115                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
1116   Constant *OffsetCst =
1117     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1118   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, &OffsetCst, 1);
1119   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
1120   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD))
1121     return Offset;
1122   return -1;
1123 }
1124
1125
1126 /// GetStoreValueForLoad - This function is called when we have a
1127 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
1128 /// that the store *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1129 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1130 /// anything more we can do before we give up.
1131 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
1132                                    const Type *LoadTy,
1133                                    Instruction *InsertPt, const TargetData &TD){
1134   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1135
1136   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType())/8;
1137   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1138
1139   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1140
1141   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1142   // to an integer type to start with.
1143   if (SrcVal->getType()->isPointerTy())
1144     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal, TD.getIntPtrType(Ctx), "tmp");
1145   if (!SrcVal->getType()->isIntegerTy())
1146     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8),
1147                                    "tmp");
1148
1149   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1150   unsigned ShiftAmt;
1151   if (TD.isLittleEndian())
1152     ShiftAmt = Offset*8;
1153   else
1154     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1155
1156   if (ShiftAmt)
1157     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt, "tmp");
1158
1159   if (LoadSize != StoreSize)
1160     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8),
1161                                  "tmp");
1162
1163   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, InsertPt, TD);
1164 }
1165
1166 /// GetMemInstValueForLoad - This function is called when we have a
1167 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1168 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1169                                      const Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1170                                      const TargetData &TD){
1171   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1172   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1173
1174   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1175
1176   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1177   // provides the bits for the load.
1178   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1179     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1180     // independently of what the offset is.
1181     Value *Val = MSI->getValue();
1182     if (LoadSize != 1)
1183       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1184
1185     Value *OneElt = Val;
1186
1187     // Splat the value out to the right number of bits.
1188     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1189       // If we can double the number of bytes set, do it.
1190       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1191         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1192         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1193         NumBytesSet <<= 1;
1194         continue;
1195       }
1196
1197       // Otherwise insert one byte at a time.
1198       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1199       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1200       ++NumBytesSet;
1201     }
1202
1203     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, InsertPt, TD);
1204   }
1205
1206   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1207   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1208   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1209
1210   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1211   // offset applied as appropriate.
1212   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1213                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
1214   Constant *OffsetCst =
1215   ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1216   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, &OffsetCst, 1);
1217   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
1218   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD);
1219 }
1220
1221
1222
1223 struct AvailableValueInBlock {
1224   /// BB - The basic block in question.
1225   BasicBlock *BB;
1226   enum ValType {
1227     SimpleVal,  // A simple offsetted value that is accessed.
1228     MemIntrin   // A memory intrinsic which is loaded from.
1229   };
1230
1231   /// V - The value that is live out of the block.
1232   PointerIntPair<Value *, 1, ValType> Val;
1233
1234   /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
1235   unsigned Offset;
1236
1237   static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
1238                                    unsigned Offset = 0) {
1239     AvailableValueInBlock Res;
1240     Res.BB = BB;
1241     Res.Val.setPointer(V);
1242     Res.Val.setInt(SimpleVal);
1243     Res.Offset = Offset;
1244     return Res;
1245   }
1246
1247   static AvailableValueInBlock getMI(BasicBlock *BB, MemIntrinsic *MI,
1248                                      unsigned Offset = 0) {
1249     AvailableValueInBlock Res;
1250     Res.BB = BB;
1251     Res.Val.setPointer(MI);
1252     Res.Val.setInt(MemIntrin);
1253     Res.Offset = Offset;
1254     return Res;
1255   }
1256
1257   bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
1258   Value *getSimpleValue() const {
1259     assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
1260     return Val.getPointer();
1261   }
1262
1263   MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
1264     assert(!isSimpleValue() && "Wrong accessor");
1265     return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
1266   }
1267
1268   /// MaterializeAdjustedValue - Emit code into this block to adjust the value
1269   /// defined here to the specified type.  This handles various coercion cases.
1270   Value *MaterializeAdjustedValue(const Type *LoadTy,
1271                                   const TargetData *TD) const {
1272     Value *Res;
1273     if (isSimpleValue()) {
1274       Res = getSimpleValue();
1275       if (Res->getType() != LoadTy) {
1276         assert(TD && "Need target data to handle type mismatch case");
1277         Res = GetStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1278                                    *TD);
1279
1280         DEBUG(errs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1281                      << *getSimpleValue() << '\n'
1282                      << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1283       }
1284     } else {
1285       Res = GetMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset,
1286                                    LoadTy, BB->getTerminator(), *TD);
1287       DEBUG(errs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1288                    << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
1289                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1290     }
1291     return Res;
1292   }
1293 };
1294
1295 /// ConstructSSAForLoadSet - Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1296 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1297 /// that should be used at LI's definition site.
1298 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
1299                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1300                                      const TargetData *TD,
1301                                      const DominatorTree &DT,
1302                                      AliasAnalysis *AA) {
1303   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
1304   // just use the dominating value directly.
1305   if (ValuesPerBlock.size() == 1 &&
1306       DT.properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB, LI->getParent()))
1307     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI->getType(), TD);
1308
1309   // Otherwise, we have to construct SSA form.
1310   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1311   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1312   SSAUpdate.Initialize(LI);
1313
1314   const Type *LoadTy = LI->getType();
1315
1316   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1317     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1318     BasicBlock *BB = AV.BB;
1319
1320     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1321       continue;
1322
1323     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LoadTy, TD));
1324   }
1325
1326   // Perform PHI construction.
1327   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1328
1329   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1330   if (V->getType()->isPointerTy())
1331     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
1332       AA->copyValue(LI, NewPHIs[i]);
1333
1334   return V;
1335 }
1336
1337 static bool isLifetimeStart(Instruction *Inst) {
1338   if (IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1339     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1340   return false;
1341 }
1342
1343 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1344 /// non-local by performing PHI construction.
1345 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI,
1346                               SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1347   // Find the non-local dependencies of the load.
1348   SmallVector<NonLocalDepResult, 64> Deps;
1349   MD->getNonLocalPointerDependency(LI->getOperand(0), true, LI->getParent(),
1350                                    Deps);
1351   //DEBUG(dbgs() << "INVESTIGATING NONLOCAL LOAD: "
1352   //             << Deps.size() << *LI << '\n');
1353
1354   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1355   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1356   // it will be too expensive.
1357   if (Deps.size() > 100)
1358     return false;
1359
1360   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1361   // clobber in the current block.  Reject this early.
1362   if (Deps.size() == 1 && Deps[0].getResult().isClobber()) {
1363     DEBUG(
1364       dbgs() << "GVN: non-local load ";
1365       WriteAsOperand(dbgs(), LI);
1366       dbgs() << " is clobbered by " << *Deps[0].getResult().getInst() << '\n';
1367     );
1368     return false;
1369   }
1370
1371   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1372   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1373   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1374   // that could potentially clobber the load).
1375   SmallVector<AvailableValueInBlock, 16> ValuesPerBlock;
1376   SmallVector<BasicBlock*, 16> UnavailableBlocks;
1377
1378   const TargetData *TD = 0;
1379
1380   for (unsigned i = 0, e = Deps.size(); i != e; ++i) {
1381     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1382     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1383
1384     if (DepInfo.isClobber()) {
1385       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1386       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1387       // to consider the right address.
1388       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1389
1390       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1391       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1392       // stored value.
1393       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1394         if (TD == 0)
1395           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1396         if (TD && Address) {
1397           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address,
1398                                                       DepSI, *TD);
1399           if (Offset != -1) {
1400             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1401                                                            DepSI->getOperand(0),
1402                                                                 Offset));
1403             continue;
1404           }
1405         }
1406       }
1407
1408       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1409       // forward a value on from it.
1410       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1411         if (TD == 0)
1412           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1413         if (TD && Address) {
1414           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1415                                                         DepMI, *TD);
1416           if (Offset != -1) {
1417             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1418                                                                   Offset));
1419             continue;
1420           }
1421         }
1422       }
1423
1424       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1425       continue;
1426     }
1427
1428     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1429
1430     // Loading the allocation -> undef.
1431     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst) ||
1432         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1433         isLifetimeStart(DepInst)) {
1434       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1435                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1436       continue;
1437     }
1438
1439     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1440       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1441       // different types if we have to.
1442       if (S->getOperand(0)->getType() != LI->getType()) {
1443         if (TD == 0)
1444           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1445
1446         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1447         // reuse it.
1448         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getOperand(0),
1449                                                         LI->getType(), *TD)) {
1450           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1451           continue;
1452         }
1453       }
1454
1455       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1456                                                           S->getOperand(0)));
1457       continue;
1458     }
1459
1460     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1461       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1462       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1463         if (TD == 0)
1464           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1465
1466         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1467         // reuse it.
1468         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(),*TD)){
1469           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1470           continue;
1471         }
1472       }
1473       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB, LD));
1474       continue;
1475     }
1476
1477     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1478     continue;
1479   }
1480
1481   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1482   // early.
1483   if (ValuesPerBlock.empty()) return false;
1484
1485   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1486   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1487   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1488   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1489     DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1490
1491     // Perform PHI construction.
1492     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, TD, *DT,
1493                                       VN.getAliasAnalysis());
1494     LI->replaceAllUsesWith(V);
1495
1496     if (isa<PHINode>(V))
1497       V->takeName(LI);
1498     if (V->getType()->isPointerTy())
1499       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1500     VN.erase(LI);
1501     toErase.push_back(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   // Lets find first basic block with more than one predecessor.  Walk backwards
1522   // 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     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1536       allSingleSucc = false;
1537   }
1538
1539   assert(TmpBB);
1540   LoadBB = TmpBB;
1541
1542   // If we have a repl set with LI itself in it, this means we have a loop where
1543   // at least one of the values is LI.  Since this means that we won't be able
1544   // to eliminate LI even if we insert uses in the other predecessors, we will
1545   // end up increasing code size.  Reject this by scanning for LI.
1546   if (!EnableFullLoadPRE) {
1547     for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1548       if (ValuesPerBlock[i].isSimpleValue() &&
1549           ValuesPerBlock[i].getSimpleValue() == LI)
1550         return false;
1551   }
1552
1553   // FIXME: It is extremely unclear what this loop is doing, other than
1554   // artificially restricting loadpre.
1555   if (isSinglePred) {
1556     bool isHot = false;
1557     for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1558       const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1559       if (AV.isSimpleValue())
1560         // "Hot" Instruction is in some loop (because it dominates its dep.
1561         // instruction).
1562         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(AV.getSimpleValue()))
1563           if (DT->dominates(LI, I)) {
1564             isHot = true;
1565             break;
1566           }
1567     }
1568
1569     // We are interested only in "hot" instructions. We don't want to do any
1570     // mis-optimizations here.
1571     if (!isHot)
1572       return false;
1573   }
1574
1575   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1576   // available.
1577   DenseMap<BasicBlock*, Value*> PredLoads;
1578   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1579   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1580     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1581   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1582     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1583
1584   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1585        PI != E; ++PI) {
1586     BasicBlock *Pred = *PI;
1587     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks)) {
1588       continue;
1589     }
1590     PredLoads[Pred] = 0;
1591
1592     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1593       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1594         DEBUG(dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1595               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1596         return false;
1597       }
1598       unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(Pred, LoadBB);
1599       toSplit.push_back(std::make_pair(Pred->getTerminator(), SuccNum));
1600       return false;
1601     }
1602   }
1603
1604   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1605   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size();
1606   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1607          "Fully available value should be eliminated above!");
1608   if (!EnableFullLoadPRE) {
1609     // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1610     // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1611     // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1612     // that one block.
1613     if (NumUnavailablePreds != 1)
1614       return false;
1615   }
1616
1617   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1618   bool CanDoPRE = true;
1619   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1620   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = PredLoads.begin(),
1621          E = PredLoads.end(); I != E; ++I) {
1622     BasicBlock *UnavailablePred = I->first;
1623
1624     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1625     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1626
1627     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1628     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1629     // pointer if it is not available.
1630     PHITransAddr Address(LI->getOperand(0), TD);
1631     Value *LoadPtr = 0;
1632     if (allSingleSucc) {
1633       LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1634                                                   *DT, NewInsts);
1635     } else {
1636       Address.PHITranslateValue(LoadBB, UnavailablePred);
1637       LoadPtr = Address.getAddr();
1638
1639       // Make sure the value is live in the predecessor.
1640       if (Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(LoadPtr))
1641         if (!DT->dominates(Inst->getParent(), UnavailablePred))
1642           LoadPtr = 0;
1643     }
1644
1645     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1646     // we fail PRE.
1647     if (LoadPtr == 0) {
1648       DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1649             << *LI->getOperand(0) << "\n");
1650       CanDoPRE = false;
1651       break;
1652     }
1653
1654     // Make sure it is valid to move this load here.  We have to watch out for:
1655     //  @1 = getelementptr (i8* p, ...
1656     //  test p and branch if == 0
1657     //  load @1
1658     // It is valid to have the getelementptr before the test, even if p can be 0,
1659     // as getelementptr only does address arithmetic.
1660     // If we are not pushing the value through any multiple-successor blocks
1661     // we do not have this case.  Otherwise, check that the load is safe to
1662     // put anywhere; this can be improved, but should be conservatively safe.
1663     if (!allSingleSucc &&
1664         // FIXME: REEVALUTE THIS.
1665         !isSafeToLoadUnconditionally(LoadPtr,
1666                                      UnavailablePred->getTerminator(),
1667                                      LI->getAlignment(), TD)) {
1668       CanDoPRE = false;
1669       break;
1670     }
1671
1672     I->second = LoadPtr;
1673   }
1674
1675   if (!CanDoPRE) {
1676     while (!NewInsts.empty())
1677       NewInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
1678     return false;
1679   }
1680
1681   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1682   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1683   // it.
1684   DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1685   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1686           dbgs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1687                  << *NewInsts.back() << '\n');
1688
1689   // Assign value numbers to the new instructions.
1690   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1691     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1692     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1693     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1694     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1695     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1696   }
1697
1698   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = PredLoads.begin(),
1699          E = PredLoads.end(); I != E; ++I) {
1700     BasicBlock *UnavailablePred = I->first;
1701     Value *LoadPtr = I->second;
1702
1703     Value *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1704                                   LI->getAlignment(),
1705                                   UnavailablePred->getTerminator());
1706
1707     // Add the newly created load.
1708     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1709                                                         NewLoad));
1710     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1711     DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1712   }
1713
1714   // Perform PHI construction.
1715   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, TD, *DT,
1716                                     VN.getAliasAnalysis());
1717   LI->replaceAllUsesWith(V);
1718   if (isa<PHINode>(V))
1719     V->takeName(LI);
1720   if (V->getType()->isPointerTy())
1721     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1722   VN.erase(LI);
1723   toErase.push_back(LI);
1724   NumPRELoad++;
1725   return true;
1726 }
1727
1728 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1729 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1730 bool GVN::processLoad(LoadInst *L, SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1731   if (!MD)
1732     return false;
1733
1734   if (L->isVolatile())
1735     return false;
1736
1737   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1738   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1739
1740   // If the value isn't available, don't do anything!
1741   if (Dep.isClobber()) {
1742     // Check to see if we have something like this:
1743     //   store i32 123, i32* %P
1744     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1745     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1746     //   %C = load i8* %B
1747     //
1748     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1749     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1750     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1751     // access code.
1752     Value *AvailVal = 0;
1753     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst()))
1754       if (const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>()) {
1755         int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(L->getType(),
1756                                                     L->getPointerOperand(),
1757                                                     DepSI, *TD);
1758         if (Offset != -1)
1759           AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getOperand(0), Offset,
1760                                           L->getType(), L, *TD);
1761       }
1762
1763     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1764     // a value on from it.
1765     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1766       if (const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>()) {
1767         int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(L->getType(),
1768                                                       L->getPointerOperand(),
1769                                                       DepMI, *TD);
1770         if (Offset != -1)
1771           AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L,*TD);
1772       }
1773     }
1774
1775     if (AvailVal) {
1776       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1777             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1778
1779       // Replace the load!
1780       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1781       if (AvailVal->getType()->isPointerTy())
1782         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1783       VN.erase(L);
1784       toErase.push_back(L);
1785       NumGVNLoad++;
1786       return true;
1787     }
1788
1789     DEBUG(
1790       // fast print dep, using operator<< on instruction would be too slow
1791       dbgs() << "GVN: load ";
1792       WriteAsOperand(dbgs(), L);
1793       Instruction *I = Dep.getInst();
1794       dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1795     );
1796     return false;
1797   }
1798
1799   // If it is defined in another block, try harder.
1800   if (Dep.isNonLocal())
1801     return processNonLocalLoad(L, toErase);
1802
1803   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1804   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1805     Value *StoredVal = DepSI->getOperand(0);
1806
1807     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1808     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1809     // value (depending on its type).
1810     const TargetData *TD = 0;
1811     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1812       if ((TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())) {
1813         StoredVal = CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(),
1814                                                    L, *TD);
1815         if (StoredVal == 0)
1816           return false;
1817
1818         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1819                      << '\n' << *L << "\n\n\n");
1820       }
1821       else
1822         return false;
1823     }
1824
1825     // Remove it!
1826     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1827     if (StoredVal->getType()->isPointerTy())
1828       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1829     VN.erase(L);
1830     toErase.push_back(L);
1831     NumGVNLoad++;
1832     return true;
1833   }
1834
1835   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1836     Value *AvailableVal = DepLI;
1837
1838     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1839     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1840     // (depending on its type).
1841     const TargetData *TD = 0;
1842     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1843       if ((TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())) {
1844         AvailableVal = CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(), L,*TD);
1845         if (AvailableVal == 0)
1846           return false;
1847
1848         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1849                      << "\n" << *L << "\n\n\n");
1850       }
1851       else
1852         return false;
1853     }
1854
1855     // Remove it!
1856     L->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
1857     if (DepLI->getType()->isPointerTy())
1858       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1859     VN.erase(L);
1860     toErase.push_back(L);
1861     NumGVNLoad++;
1862     return true;
1863   }
1864
1865   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1866   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1867   // intervening stores, for example.
1868   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst)) {
1869     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1870     VN.erase(L);
1871     toErase.push_back(L);
1872     NumGVNLoad++;
1873     return true;
1874   }
1875
1876   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1877   // then the loaded value is undefined.
1878   if (IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1879     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1880       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1881       VN.erase(L);
1882       toErase.push_back(L);
1883       NumGVNLoad++;
1884       return true;
1885     }
1886   }
1887
1888   return false;
1889 }
1890
1891 Value *GVN::lookupNumber(BasicBlock *BB, uint32_t num) {
1892   DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator I = localAvail.find(BB);
1893   if (I == localAvail.end())
1894     return 0;
1895
1896   ValueNumberScope *Locals = I->second;
1897   while (Locals) {
1898     DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = Locals->table.find(num);
1899     if (I != Locals->table.end())
1900       return I->second;
1901     Locals = Locals->parent;
1902   }
1903
1904   return 0;
1905 }
1906
1907
1908 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
1909 /// by inserting it into the appropriate sets
1910 bool GVN::processInstruction(Instruction *I,
1911                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1912   // Ignore dbg info intrinsics.
1913   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1914     return false;
1915
1916   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1917     bool Changed = processLoad(LI, toErase);
1918
1919     if (!Changed) {
1920       unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
1921       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, LI));
1922     }
1923
1924     return Changed;
1925   }
1926
1927   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
1928   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
1929
1930   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
1931     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1932
1933     if (!BI->isConditional() || isa<Constant>(BI->getCondition()))
1934       return false;
1935
1936     Value *BranchCond = BI->getCondition();
1937     uint32_t CondVN = VN.lookup_or_add(BranchCond);
1938
1939     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1940     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1941
1942     if (TrueSucc->getSinglePredecessor())
1943       localAvail[TrueSucc]->table[CondVN] =
1944         ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
1945     if (FalseSucc->getSinglePredecessor())
1946       localAvail[FalseSucc]->table[CondVN] =
1947         ConstantInt::getFalse(TrueSucc->getContext());
1948
1949     return false;
1950
1951   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
1952   // by fast failing them.
1953   } else if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I)) {
1954     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1955     return false;
1956   }
1957
1958   // Collapse PHI nodes
1959   if (PHINode* p = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1960     Value *constVal = CollapsePhi(p);
1961
1962     if (constVal) {
1963       p->replaceAllUsesWith(constVal);
1964       if (MD && constVal->getType()->isPointerTy())
1965         MD->invalidateCachedPointerInfo(constVal);
1966       VN.erase(p);
1967
1968       toErase.push_back(p);
1969     } else {
1970       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1971     }
1972
1973   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
1974   // need to do a lookup to see if the number already exists
1975   // somewhere in the domtree: it can't!
1976   } else if (Num == NextNum) {
1977     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1978
1979   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
1980   // dominators.
1981   } else if (Value *repl = lookupNumber(I->getParent(), Num)) {
1982     // Remove it!
1983     VN.erase(I);
1984     I->replaceAllUsesWith(repl);
1985     if (MD && repl->getType()->isPointerTy())
1986       MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
1987     toErase.push_back(I);
1988     return true;
1989
1990   } else {
1991     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1992   }
1993
1994   return false;
1995 }
1996
1997 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
1998 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
1999   if (!NoLoads)
2000     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
2001   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2002   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
2003   VN.setMemDep(MD);
2004   VN.setDomTree(DT);
2005
2006   bool Changed = false;
2007   bool ShouldContinue = true;
2008
2009   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2010   // optimization opportunities.
2011   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2012     BasicBlock *BB = FI;
2013     ++FI;
2014     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, this);
2015     if (removedBlock) NumGVNBlocks++;
2016
2017     Changed |= removedBlock;
2018   }
2019
2020   unsigned Iteration = 0;
2021
2022   while (ShouldContinue) {
2023     DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2024     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2025     if (splitCriticalEdges())
2026       ShouldContinue = true;
2027     Changed |= ShouldContinue;
2028     ++Iteration;
2029   }
2030
2031   if (EnablePRE) {
2032     bool PREChanged = true;
2033     while (PREChanged) {
2034       PREChanged = performPRE(F);
2035       Changed |= PREChanged;
2036     }
2037   }
2038   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2039   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2040   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2041   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2042
2043   cleanupGlobalSets();
2044
2045   return Changed;
2046 }
2047
2048
2049 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2050   // FIXME: Kill off toErase by doing erasing eagerly in a helper function (and
2051   // incrementing BI before processing an instruction).
2052   SmallVector<Instruction*, 8> toErase;
2053   bool ChangedFunction = false;
2054
2055   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2056        BI != BE;) {
2057     ChangedFunction |= processInstruction(BI, toErase);
2058     if (toErase.empty()) {
2059       ++BI;
2060       continue;
2061     }
2062
2063     // If we need some instructions deleted, do it now.
2064     NumGVNInstr += toErase.size();
2065
2066     // Avoid iterator invalidation.
2067     bool AtStart = BI == BB->begin();
2068     if (!AtStart)
2069       --BI;
2070
2071     for (SmallVector<Instruction*, 4>::iterator I = toErase.begin(),
2072          E = toErase.end(); I != E; ++I) {
2073       DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2074       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2075       (*I)->eraseFromParent();
2076       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2077     }
2078     toErase.clear();
2079
2080     if (AtStart)
2081       BI = BB->begin();
2082     else
2083       ++BI;
2084   }
2085
2086   return ChangedFunction;
2087 }
2088
2089 /// performPRE - Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2090 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2091 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2092   bool Changed = false;
2093   DenseMap<BasicBlock*, Value*> predMap;
2094   for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(&F.getEntryBlock()),
2095        DE = df_end(&F.getEntryBlock()); DI != DE; ++DI) {
2096     BasicBlock *CurrentBlock = *DI;
2097
2098     // Nothing to PRE in the entry block.
2099     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock()) continue;
2100
2101     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2102          BE = CurrentBlock->end(); BI != BE; ) {
2103       Instruction *CurInst = BI++;
2104
2105       if (isa<AllocaInst>(CurInst) ||
2106           isa<TerminatorInst>(CurInst) || isa<PHINode>(CurInst) ||
2107           CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2108           CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2109           isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2110         continue;
2111
2112       uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2113
2114       // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2115       // only trying to solve the basic diamond case, where
2116       // a value is computed in the successor and one predecessor,
2117       // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2118       // where the successor is its own predecessor, because they're
2119       // more complicated to get right.
2120       unsigned NumWith = 0;
2121       unsigned NumWithout = 0;
2122       BasicBlock *PREPred = 0;
2123       predMap.clear();
2124
2125       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2126            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI) {
2127         // We're not interested in PRE where the block is its
2128         // own predecessor, or in blocks with predecessors
2129         // that are not reachable.
2130         if (*PI == CurrentBlock) {
2131           NumWithout = 2;
2132           break;
2133         } else if (!localAvail.count(*PI))  {
2134           NumWithout = 2;
2135           break;
2136         }
2137
2138         DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator predV =
2139                                             localAvail[*PI]->table.find(ValNo);
2140         if (predV == localAvail[*PI]->table.end()) {
2141           PREPred = *PI;
2142           NumWithout++;
2143         } else if (predV->second == CurInst) {
2144           NumWithout = 2;
2145         } else {
2146           predMap[*PI] = predV->second;
2147           NumWith++;
2148         }
2149       }
2150
2151       // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2152       // we would need to insert instructions in more than one pred.
2153       if (NumWithout != 1 || NumWith == 0)
2154         continue;
2155
2156       // Don't do PRE across indirect branch.
2157       if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2158         continue;
2159
2160       // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2161       // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2162       // on the function.
2163       unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2164       if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2165         toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2166         continue;
2167       }
2168
2169       // Instantiate the expression in the predecessor that lacked it.
2170       // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2171       // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2172       // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2173       // in this loop.
2174       Instruction *PREInstr = CurInst->clone();
2175       bool success = true;
2176       for (unsigned i = 0, e = CurInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2177         Value *Op = PREInstr->getOperand(i);
2178         if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2179           continue;
2180
2181         if (Value *V = lookupNumber(PREPred, VN.lookup(Op))) {
2182           PREInstr->setOperand(i, V);
2183         } else {
2184           success = false;
2185           break;
2186         }
2187       }
2188
2189       // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2190       // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2191       // are not value numbered precisely.
2192       if (!success) {
2193         delete PREInstr;
2194         DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2195         continue;
2196       }
2197
2198       PREInstr->insertBefore(PREPred->getTerminator());
2199       PREInstr->setName(CurInst->getName() + ".pre");
2200       predMap[PREPred] = PREInstr;
2201       VN.add(PREInstr, ValNo);
2202       NumGVNPRE++;
2203
2204       // Update the availability map to include the new instruction.
2205       localAvail[PREPred]->table.insert(std::make_pair(ValNo, PREInstr));
2206
2207       // Create a PHI to make the value available in this block.
2208       PHINode* Phi = PHINode::Create(CurInst->getType(),
2209                                      CurInst->getName() + ".pre-phi",
2210                                      CurrentBlock->begin());
2211       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2212            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI)
2213         Phi->addIncoming(predMap[*PI], *PI);
2214
2215       VN.add(Phi, ValNo);
2216       localAvail[CurrentBlock]->table[ValNo] = Phi;
2217
2218       CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2219       if (MD && Phi->getType()->isPointerTy())
2220         MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2221       VN.erase(CurInst);
2222
2223       DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2224       if (MD) MD->removeInstruction(CurInst);
2225       CurInst->eraseFromParent();
2226       DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2227       Changed = true;
2228     }
2229   }
2230
2231   if (splitCriticalEdges())
2232     Changed = true;
2233
2234   return Changed;
2235 }
2236
2237 /// splitCriticalEdges - Split critical edges found during the previous
2238 /// iteration that may enable further optimization.
2239 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2240   if (toSplit.empty())
2241     return false;
2242   do {
2243     std::pair<TerminatorInst*, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2244     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second, this);
2245   } while (!toSplit.empty());
2246   MD->invalidateCachedPredecessors();
2247   return true;
2248 }
2249
2250 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
2251 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2252   cleanupGlobalSets();
2253
2254   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2255        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI) {
2256     if (DI->getIDom())
2257       localAvail[DI->getBlock()] =
2258                    new ValueNumberScope(localAvail[DI->getIDom()->getBlock()]);
2259     else
2260       localAvail[DI->getBlock()] = new ValueNumberScope(0);
2261   }
2262
2263   // Top-down walk of the dominator tree
2264   bool Changed = false;
2265 #if 0
2266   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2267   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
2268   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2269        RE = RPOT.end(); RI != RE; ++RI)
2270     Changed |= processBlock(*RI);
2271 #else
2272   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2273        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI)
2274     Changed |= processBlock(DI->getBlock());
2275 #endif
2276
2277   return Changed;
2278 }
2279
2280 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2281   VN.clear();
2282
2283   for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator
2284        I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I)
2285     delete I->second;
2286   localAvail.clear();
2287 }
2288
2289 /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur in our
2290 /// internal data structures.
2291 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2292   VN.verifyRemoved(Inst);
2293
2294   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2295   // ferreted away in it.
2296   for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::const_iterator
2297          I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I) {
2298     const ValueNumberScope *VNS = I->second;
2299
2300     while (VNS) {
2301       for (DenseMap<uint32_t, Value*>::const_iterator
2302              II = VNS->table.begin(), IE = VNS->table.end(); II != IE; ++II) {
2303         assert(II->second != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2304       }
2305
2306       VNS = VNS->parent;
2307     }
2308   }
2309 }