[PM/AA] Completely remove the AliasAnalysis::copyValue interface.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / GVN.cpp
1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs global value numbering to eliminate fully redundant
11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
12 //
13 // Note that this pass does the value numbering itself; it does not use the
14 // ValueNumbering analysis passes.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
19 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
20 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
21 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
22 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
23 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
24 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
26 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
27 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
28 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
29 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
30 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
31 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
34 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
35 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
36 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
37 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
38 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
39 #include "llvm/IR/Dominators.h"
40 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
41 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
42 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
43 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
44 #include "llvm/IR/Metadata.h"
45 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
46 #include "llvm/Support/Allocator.h"
47 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
48 #include "llvm/Support/Debug.h"
49 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
50 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
51 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
52 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
53 #include <vector>
54 using namespace llvm;
55 using namespace PatternMatch;
56
57 #define DEBUG_TYPE "gvn"
58
59 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
60 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
61 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
62 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
63 STATISTIC(NumGVNSimpl,  "Number of instructions simplified");
64 STATISTIC(NumGVNEqProp, "Number of equalities propagated");
65 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
66
67 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
68                                cl::init(true), cl::Hidden);
69 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
70
71 // Maximum allowed recursion depth.
72 static cl::opt<uint32_t>
73 MaxRecurseDepth("max-recurse-depth", cl::Hidden, cl::init(1000), cl::ZeroOrMore,
74                 cl::desc("Max recurse depth (default = 1000)"));
75
76 //===----------------------------------------------------------------------===//
77 //                         ValueTable Class
78 //===----------------------------------------------------------------------===//
79
80 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
81 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
82 /// two values.
83 namespace {
84   struct Expression {
85     uint32_t opcode;
86     Type *type;
87     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
88
89     Expression(uint32_t o = ~2U) : opcode(o) { }
90
91     bool operator==(const Expression &other) const {
92       if (opcode != other.opcode)
93         return false;
94       if (opcode == ~0U || opcode == ~1U)
95         return true;
96       if (type != other.type)
97         return false;
98       if (varargs != other.varargs)
99         return false;
100       return true;
101     }
102
103     friend hash_code hash_value(const Expression &Value) {
104       return hash_combine(Value.opcode, Value.type,
105                           hash_combine_range(Value.varargs.begin(),
106                                              Value.varargs.end()));
107     }
108   };
109
110   class ValueTable {
111     DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
112     DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
113     AliasAnalysis *AA;
114     MemoryDependenceAnalysis *MD;
115     DominatorTree *DT;
116
117     uint32_t nextValueNumber;
118
119     Expression create_expression(Instruction* I);
120     Expression create_cmp_expression(unsigned Opcode,
121                                      CmpInst::Predicate Predicate,
122                                      Value *LHS, Value *RHS);
123     Expression create_extractvalue_expression(ExtractValueInst* EI);
124     uint32_t lookup_or_add_call(CallInst* C);
125   public:
126     ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
127     uint32_t lookup_or_add(Value *V);
128     uint32_t lookup(Value *V) const;
129     uint32_t lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode, CmpInst::Predicate Pred,
130                                Value *LHS, Value *RHS);
131     void add(Value *V, uint32_t num);
132     void clear();
133     void erase(Value *v);
134     void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
135     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
136     void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
137     void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
138     uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
139     void verifyRemoved(const Value *) const;
140   };
141 }
142
143 namespace llvm {
144 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
145   static inline Expression getEmptyKey() {
146     return ~0U;
147   }
148
149   static inline Expression getTombstoneKey() {
150     return ~1U;
151   }
152
153   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
154     using llvm::hash_value;
155     return static_cast<unsigned>(hash_value(e));
156   }
157   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
158     return LHS == RHS;
159   }
160 };
161
162 }
163
164 //===----------------------------------------------------------------------===//
165 //                     ValueTable Internal Functions
166 //===----------------------------------------------------------------------===//
167
168 Expression ValueTable::create_expression(Instruction *I) {
169   Expression e;
170   e.type = I->getType();
171   e.opcode = I->getOpcode();
172   for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
173        OI != OE; ++OI)
174     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
175   if (I->isCommutative()) {
176     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
177     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
178     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
179     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
180     assert(I->getNumOperands() == 2 && "Unsupported commutative instruction!");
181     if (e.varargs[0] > e.varargs[1])
182       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
183   }
184
185   if (CmpInst *C = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
186     // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
187     CmpInst::Predicate Predicate = C->getPredicate();
188     if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
189       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
190       Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
191     }
192     e.opcode = (C->getOpcode() << 8) | Predicate;
193   } else if (InsertValueInst *E = dyn_cast<InsertValueInst>(I)) {
194     for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
195          II != IE; ++II)
196       e.varargs.push_back(*II);
197   }
198
199   return e;
200 }
201
202 Expression ValueTable::create_cmp_expression(unsigned Opcode,
203                                              CmpInst::Predicate Predicate,
204                                              Value *LHS, Value *RHS) {
205   assert((Opcode == Instruction::ICmp || Opcode == Instruction::FCmp) &&
206          "Not a comparison!");
207   Expression e;
208   e.type = CmpInst::makeCmpResultType(LHS->getType());
209   e.varargs.push_back(lookup_or_add(LHS));
210   e.varargs.push_back(lookup_or_add(RHS));
211
212   // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
213   if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
214     std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
215     Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
216   }
217   e.opcode = (Opcode << 8) | Predicate;
218   return e;
219 }
220
221 Expression ValueTable::create_extractvalue_expression(ExtractValueInst *EI) {
222   assert(EI && "Not an ExtractValueInst?");
223   Expression e;
224   e.type = EI->getType();
225   e.opcode = 0;
226
227   IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(EI->getAggregateOperand());
228   if (I != nullptr && EI->getNumIndices() == 1 && *EI->idx_begin() == 0 ) {
229     // EI might be an extract from one of our recognised intrinsics. If it
230     // is we'll synthesize a semantically equivalent expression instead on
231     // an extract value expression.
232     switch (I->getIntrinsicID()) {
233       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
234       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
235         e.opcode = Instruction::Add;
236         break;
237       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
238       case Intrinsic::usub_with_overflow:
239         e.opcode = Instruction::Sub;
240         break;
241       case Intrinsic::smul_with_overflow:
242       case Intrinsic::umul_with_overflow:
243         e.opcode = Instruction::Mul;
244         break;
245       default:
246         break;
247     }
248
249     if (e.opcode != 0) {
250       // Intrinsic recognized. Grab its args to finish building the expression.
251       assert(I->getNumArgOperands() == 2 &&
252              "Expect two args for recognised intrinsics.");
253       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(0)));
254       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(1)));
255       return e;
256     }
257   }
258
259   // Not a recognised intrinsic. Fall back to producing an extract value
260   // expression.
261   e.opcode = EI->getOpcode();
262   for (Instruction::op_iterator OI = EI->op_begin(), OE = EI->op_end();
263        OI != OE; ++OI)
264     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
265
266   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = EI->idx_begin(), IE = EI->idx_end();
267          II != IE; ++II)
268     e.varargs.push_back(*II);
269
270   return e;
271 }
272
273 //===----------------------------------------------------------------------===//
274 //                     ValueTable External Functions
275 //===----------------------------------------------------------------------===//
276
277 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
278 void ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
279   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
280 }
281
282 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_call(CallInst *C) {
283   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
284     Expression exp = create_expression(C);
285     uint32_t &e = expressionNumbering[exp];
286     if (!e) e = nextValueNumber++;
287     valueNumbering[C] = e;
288     return e;
289   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
290     Expression exp = create_expression(C);
291     uint32_t &e = expressionNumbering[exp];
292     if (!e) {
293       e = nextValueNumber++;
294       valueNumbering[C] = e;
295       return e;
296     }
297     if (!MD) {
298       e = nextValueNumber++;
299       valueNumbering[C] = e;
300       return e;
301     }
302
303     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
304
305     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
306       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
307       return nextValueNumber++;
308     }
309
310     if (local_dep.isDef()) {
311       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
312
313       if (local_cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
314         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
315         return nextValueNumber++;
316       }
317
318       for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
319         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
320         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getArgOperand(i));
321         if (c_vn != cd_vn) {
322           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
323           return nextValueNumber++;
324         }
325       }
326
327       uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
328       valueNumbering[C] = v;
329       return v;
330     }
331
332     // Non-local case.
333     const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
334       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
335     // FIXME: Move the checking logic to MemDep!
336     CallInst* cdep = nullptr;
337
338     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
339     // identical to C.
340     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
341       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
342       if (I->getResult().isNonLocal())
343         continue;
344
345       // We don't handle non-definitions.  If we already have a call, reject
346       // instruction dependencies.
347       if (!I->getResult().isDef() || cdep != nullptr) {
348         cdep = nullptr;
349         break;
350       }
351
352       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
353       // FIXME: All duplicated with non-local case.
354       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
355         cdep = NonLocalDepCall;
356         continue;
357       }
358
359       cdep = nullptr;
360       break;
361     }
362
363     if (!cdep) {
364       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
365       return nextValueNumber++;
366     }
367
368     if (cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
369       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
370       return nextValueNumber++;
371     }
372     for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
373       uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
374       uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getArgOperand(i));
375       if (c_vn != cd_vn) {
376         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
377         return nextValueNumber++;
378       }
379     }
380
381     uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
382     valueNumbering[C] = v;
383     return v;
384
385   } else {
386     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
387     return nextValueNumber++;
388   }
389 }
390
391 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
392 /// it a new number if it did not have one before.
393 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value *V) {
394   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
395   if (VI != valueNumbering.end())
396     return VI->second;
397
398   if (!isa<Instruction>(V)) {
399     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
400     return nextValueNumber++;
401   }
402
403   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
404   Expression exp;
405   switch (I->getOpcode()) {
406     case Instruction::Call:
407       return lookup_or_add_call(cast<CallInst>(I));
408     case Instruction::Add:
409     case Instruction::FAdd:
410     case Instruction::Sub:
411     case Instruction::FSub:
412     case Instruction::Mul:
413     case Instruction::FMul:
414     case Instruction::UDiv:
415     case Instruction::SDiv:
416     case Instruction::FDiv:
417     case Instruction::URem:
418     case Instruction::SRem:
419     case Instruction::FRem:
420     case Instruction::Shl:
421     case Instruction::LShr:
422     case Instruction::AShr:
423     case Instruction::And:
424     case Instruction::Or:
425     case Instruction::Xor:
426     case Instruction::ICmp:
427     case Instruction::FCmp:
428     case Instruction::Trunc:
429     case Instruction::ZExt:
430     case Instruction::SExt:
431     case Instruction::FPToUI:
432     case Instruction::FPToSI:
433     case Instruction::UIToFP:
434     case Instruction::SIToFP:
435     case Instruction::FPTrunc:
436     case Instruction::FPExt:
437     case Instruction::PtrToInt:
438     case Instruction::IntToPtr:
439     case Instruction::BitCast:
440     case Instruction::Select:
441     case Instruction::ExtractElement:
442     case Instruction::InsertElement:
443     case Instruction::ShuffleVector:
444     case Instruction::InsertValue:
445     case Instruction::GetElementPtr:
446       exp = create_expression(I);
447       break;
448     case Instruction::ExtractValue:
449       exp = create_extractvalue_expression(cast<ExtractValueInst>(I));
450       break;
451     default:
452       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
453       return nextValueNumber++;
454   }
455
456   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
457   if (!e) e = nextValueNumber++;
458   valueNumbering[V] = e;
459   return e;
460 }
461
462 /// Returns the value number of the specified value. Fails if
463 /// the value has not yet been numbered.
464 uint32_t ValueTable::lookup(Value *V) const {
465   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
466   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
467   return VI->second;
468 }
469
470 /// Returns the value number of the given comparison,
471 /// assigning it a new number if it did not have one before.  Useful when
472 /// we deduced the result of a comparison, but don't immediately have an
473 /// instruction realizing that comparison to hand.
474 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode,
475                                        CmpInst::Predicate Predicate,
476                                        Value *LHS, Value *RHS) {
477   Expression exp = create_cmp_expression(Opcode, Predicate, LHS, RHS);
478   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
479   if (!e) e = nextValueNumber++;
480   return e;
481 }
482
483 /// Remove all entries from the ValueTable.
484 void ValueTable::clear() {
485   valueNumbering.clear();
486   expressionNumbering.clear();
487   nextValueNumber = 1;
488 }
489
490 /// Remove a value from the value numbering.
491 void ValueTable::erase(Value *V) {
492   valueNumbering.erase(V);
493 }
494
495 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
496 /// structures.
497 void ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
498   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
499          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
500     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
501   }
502 }
503
504 //===----------------------------------------------------------------------===//
505 //                                GVN Pass
506 //===----------------------------------------------------------------------===//
507
508 namespace {
509   class GVN;
510   struct AvailableValueInBlock {
511     /// BB - The basic block in question.
512     BasicBlock *BB;
513     enum ValType {
514       SimpleVal,  // A simple offsetted value that is accessed.
515       LoadVal,    // A value produced by a load.
516       MemIntrin,  // A memory intrinsic which is loaded from.
517       UndefVal    // A UndefValue representing a value from dead block (which
518                   // is not yet physically removed from the CFG). 
519     };
520   
521     /// V - The value that is live out of the block.
522     PointerIntPair<Value *, 2, ValType> Val;
523   
524     /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
525     unsigned Offset;
526   
527     static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
528                                      unsigned Offset = 0) {
529       AvailableValueInBlock Res;
530       Res.BB = BB;
531       Res.Val.setPointer(V);
532       Res.Val.setInt(SimpleVal);
533       Res.Offset = Offset;
534       return Res;
535     }
536   
537     static AvailableValueInBlock getMI(BasicBlock *BB, MemIntrinsic *MI,
538                                        unsigned Offset = 0) {
539       AvailableValueInBlock Res;
540       Res.BB = BB;
541       Res.Val.setPointer(MI);
542       Res.Val.setInt(MemIntrin);
543       Res.Offset = Offset;
544       return Res;
545     }
546   
547     static AvailableValueInBlock getLoad(BasicBlock *BB, LoadInst *LI,
548                                          unsigned Offset = 0) {
549       AvailableValueInBlock Res;
550       Res.BB = BB;
551       Res.Val.setPointer(LI);
552       Res.Val.setInt(LoadVal);
553       Res.Offset = Offset;
554       return Res;
555     }
556
557     static AvailableValueInBlock getUndef(BasicBlock *BB) {
558       AvailableValueInBlock Res;
559       Res.BB = BB;
560       Res.Val.setPointer(nullptr);
561       Res.Val.setInt(UndefVal);
562       Res.Offset = 0;
563       return Res;
564     }
565
566     bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
567     bool isCoercedLoadValue() const { return Val.getInt() == LoadVal; }
568     bool isMemIntrinValue() const { return Val.getInt() == MemIntrin; }
569     bool isUndefValue() const { return Val.getInt() == UndefVal; }
570   
571     Value *getSimpleValue() const {
572       assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
573       return Val.getPointer();
574     }
575   
576     LoadInst *getCoercedLoadValue() const {
577       assert(isCoercedLoadValue() && "Wrong accessor");
578       return cast<LoadInst>(Val.getPointer());
579     }
580   
581     MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
582       assert(isMemIntrinValue() && "Wrong accessor");
583       return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
584     }
585   
586     /// Emit code into this block to adjust the value defined here to the
587     /// specified type. This handles various coercion cases.
588     Value *MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI, GVN &gvn) const;
589   };
590
591   class GVN : public FunctionPass {
592     bool NoLoads;
593     MemoryDependenceAnalysis *MD;
594     DominatorTree *DT;
595     const TargetLibraryInfo *TLI;
596     AssumptionCache *AC;
597     SetVector<BasicBlock *> DeadBlocks;
598
599     ValueTable VN;
600
601     /// A mapping from value numbers to lists of Value*'s that
602     /// have that value number.  Use findLeader to query it.
603     struct LeaderTableEntry {
604       Value *Val;
605       const BasicBlock *BB;
606       LeaderTableEntry *Next;
607     };
608     DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry> LeaderTable;
609     BumpPtrAllocator TableAllocator;
610
611     SmallVector<Instruction*, 8> InstrsToErase;
612
613     typedef SmallVector<NonLocalDepResult, 64> LoadDepVect;
614     typedef SmallVector<AvailableValueInBlock, 64> AvailValInBlkVect;
615     typedef SmallVector<BasicBlock*, 64> UnavailBlkVect;
616
617   public:
618     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
619     explicit GVN(bool noloads = false)
620         : FunctionPass(ID), NoLoads(noloads), MD(nullptr) {
621       initializeGVNPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
622     }
623
624     bool runOnFunction(Function &F) override;
625
626     /// This removes the specified instruction from
627     /// our various maps and marks it for deletion.
628     void markInstructionForDeletion(Instruction *I) {
629       VN.erase(I);
630       InstrsToErase.push_back(I);
631     }
632
633     DominatorTree &getDominatorTree() const { return *DT; }
634     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return VN.getAliasAnalysis(); }
635     MemoryDependenceAnalysis &getMemDep() const { return *MD; }
636   private:
637     /// Push a new Value to the LeaderTable onto the list for its value number.
638     void addToLeaderTable(uint32_t N, Value *V, const BasicBlock *BB) {
639       LeaderTableEntry &Curr = LeaderTable[N];
640       if (!Curr.Val) {
641         Curr.Val = V;
642         Curr.BB = BB;
643         return;
644       }
645
646       LeaderTableEntry *Node = TableAllocator.Allocate<LeaderTableEntry>();
647       Node->Val = V;
648       Node->BB = BB;
649       Node->Next = Curr.Next;
650       Curr.Next = Node;
651     }
652
653     /// Scan the list of values corresponding to a given
654     /// value number, and remove the given instruction if encountered.
655     void removeFromLeaderTable(uint32_t N, Instruction *I, BasicBlock *BB) {
656       LeaderTableEntry* Prev = nullptr;
657       LeaderTableEntry* Curr = &LeaderTable[N];
658
659       while (Curr->Val != I || Curr->BB != BB) {
660         Prev = Curr;
661         Curr = Curr->Next;
662       }
663
664       if (Prev) {
665         Prev->Next = Curr->Next;
666       } else {
667         if (!Curr->Next) {
668           Curr->Val = nullptr;
669           Curr->BB = nullptr;
670         } else {
671           LeaderTableEntry* Next = Curr->Next;
672           Curr->Val = Next->Val;
673           Curr->BB = Next->BB;
674           Curr->Next = Next->Next;
675         }
676       }
677     }
678
679     // List of critical edges to be split between iterations.
680     SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
681
682     // This transformation requires dominator postdominator info
683     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
684       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
685       AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
686       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
687       if (!NoLoads)
688         AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
689       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
690
691       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
692       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
693     }
694
695
696     // Helper fuctions of redundant load elimination 
697     bool processLoad(LoadInst *L);
698     bool processNonLocalLoad(LoadInst *L);
699     void AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps, 
700                                  AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
701                                  UnavailBlkVect &UnavailableBlocks);
702     bool PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock, 
703                         UnavailBlkVect &UnavailableBlocks);
704
705     // Other helper routines
706     bool processInstruction(Instruction *I);
707     bool processBlock(BasicBlock *BB);
708     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*> &d);
709     bool iterateOnFunction(Function &F);
710     bool performPRE(Function &F);
711     bool performScalarPRE(Instruction *I);
712     bool performScalarPREInsertion(Instruction *Instr, BasicBlock *Pred,
713                                    unsigned int ValNo);
714     Value *findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num);
715     void cleanupGlobalSets();
716     void verifyRemoved(const Instruction *I) const;
717     bool splitCriticalEdges();
718     BasicBlock *splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ);
719     bool propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS, const BasicBlockEdge &Root);
720     bool processFoldableCondBr(BranchInst *BI);
721     void addDeadBlock(BasicBlock *BB);
722     void assignValNumForDeadCode();
723   };
724
725   char GVN::ID = 0;
726 }
727
728 // The public interface to this file...
729 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoLoads) {
730   return new GVN(NoLoads);
731 }
732
733 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
734 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
735 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
736 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
737 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
738 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
739 INITIALIZE_PASS_END(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
740
741 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
742 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
743   errs() << "{\n";
744   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
745        E = d.end(); I != E; ++I) {
746       errs() << I->first << "\n";
747       I->second->dump();
748   }
749   errs() << "}\n";
750 }
751 #endif
752
753 /// Return true if we can prove that the value
754 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
755 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
756 /// map is actually a tri-state map with the following values:
757 ///   0) we know the block *is not* fully available.
758 ///   1) we know the block *is* fully available.
759 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
760 ///      currently speculating that it will be.
761 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
762 ///      other blocks.
763 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
764                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks,
765                             uint32_t RecurseDepth) {
766   if (RecurseDepth > MaxRecurseDepth)
767     return false;
768
769   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
770   // if we already know about this block in one lookup.
771   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
772     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
773
774   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
775   if (!IV.second) {
776     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
777     // speculation of other blocks.
778     if (IV.first->second == 2)
779       IV.first->second = 3;
780     return IV.first->second != 0;
781   }
782
783   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
784   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
785
786   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
787   if (PI == PE)
788     goto SpeculationFailure;
789
790   for (; PI != PE; ++PI)
791     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
792     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
793     // optimistic assumption and bail out.
794     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks,RecurseDepth+1))
795       goto SpeculationFailure;
796
797   return true;
798
799 // If we get here, we found out that this is not, after
800 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
801 // used the speculation to mark other blocks as available.
802 SpeculationFailure:
803   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
804
805   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
806   if (BBVal == 2) {
807     BBVal = 0;
808     return false;
809   }
810
811   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
812   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
813   // 0 if set to one.
814   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
815   BBWorklist.push_back(BB);
816
817   do {
818     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
819     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
820     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
821     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
822     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
823
824     // Mark as unavailable.
825     EntryVal = 0;
826
827     BBWorklist.append(succ_begin(Entry), succ_end(Entry));
828   } while (!BBWorklist.empty());
829
830   return false;
831 }
832
833
834 /// Return true if CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
835 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
836                                             Type *LoadTy,
837                                             const DataLayout &DL) {
838   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
839   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
840   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy() ||
841       StoredVal->getType()->isStructTy() ||
842       StoredVal->getType()->isArrayTy())
843     return false;
844
845   // The store has to be at least as big as the load.
846   if (DL.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
847         DL.getTypeSizeInBits(LoadTy))
848     return false;
849
850   return true;
851 }
852
853 /// If we saw a store of a value to memory, and
854 /// then a load from a must-aliased pointer of a different type, try to coerce
855 /// the stored value.  LoadedTy is the type of the load we want to replace.
856 /// IRB is IRBuilder used to insert new instructions.
857 ///
858 /// If we can't do it, return null.
859 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal, Type *LoadedTy,
860                                              IRBuilder<> &IRB,
861                                              const DataLayout &DL) {
862   if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, DL))
863     return nullptr;
864
865   // If this is already the right type, just return it.
866   Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
867
868   uint64_t StoreSize = DL.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
869   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
870
871   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
872   if (StoreSize == LoadSize) {
873     // Pointer to Pointer -> use bitcast.
874     if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
875         LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
876       return IRB.CreateBitCast(StoredVal, LoadedTy);
877
878     // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
879     if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
880       StoredValTy = DL.getIntPtrType(StoredValTy);
881       StoredVal = IRB.CreatePtrToInt(StoredVal, StoredValTy);
882     }
883
884     Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
885     if (TypeToCastTo->getScalarType()->isPointerTy())
886       TypeToCastTo = DL.getIntPtrType(TypeToCastTo);
887
888     if (StoredValTy != TypeToCastTo)
889       StoredVal = IRB.CreateBitCast(StoredVal, TypeToCastTo);
890
891     // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
892     if (LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
893       StoredVal = IRB.CreateIntToPtr(StoredVal, LoadedTy);
894
895     return StoredVal;
896   }
897
898   // If the loaded value is smaller than the available value, then we can
899   // extract out a piece from it.  If the available value is too small, then we
900   // can't do anything.
901   assert(StoreSize >= LoadSize && "CanCoerceMustAliasedValueToLoad fail");
902
903   // Convert source pointers to integers, which can be manipulated.
904   if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
905     StoredValTy = DL.getIntPtrType(StoredValTy);
906     StoredVal = IRB.CreatePtrToInt(StoredVal, StoredValTy);
907   }
908
909   // Convert vectors and fp to integer, which can be manipulated.
910   if (!StoredValTy->isIntegerTy()) {
911     StoredValTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), StoreSize);
912     StoredVal = IRB.CreateBitCast(StoredVal, StoredValTy);
913   }
914
915   // If this is a big-endian system, we need to shift the value down to the low
916   // bits so that a truncate will work.
917   if (DL.isBigEndian()) {
918     StoredVal = IRB.CreateLShr(StoredVal, StoreSize - LoadSize, "tmp");
919   }
920
921   // Truncate the integer to the right size now.
922   Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadSize);
923   StoredVal  = IRB.CreateTrunc(StoredVal, NewIntTy, "trunc");
924
925   if (LoadedTy == NewIntTy)
926     return StoredVal;
927
928   // If the result is a pointer, inttoptr.
929   if (LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
930     return IRB.CreateIntToPtr(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr");
931
932   // Otherwise, bitcast.
933   return IRB.CreateBitCast(StoredVal, LoadedTy, "bitcast");
934 }
935
936 /// This function is called when we have a
937 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
938 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
939 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
940 ///
941 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
942 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
943 /// value of the piece that feeds the load.
944 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
945                                           Value *WritePtr,
946                                           uint64_t WriteSizeInBits,
947                                           const DataLayout &DL) {
948   // If the loaded or stored value is a first class array or struct, don't try
949   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
950   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy())
951     return -1;
952
953   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
954   Value *StoreBase =
955       GetPointerBaseWithConstantOffset(WritePtr, StoreOffset, DL);
956   Value *LoadBase = GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, DL);
957   if (StoreBase != LoadBase)
958     return -1;
959
960   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
961   // a must alias.  AA must have gotten confused.
962   // FIXME: Study to see if/when this happens.  One case is forwarding a memset
963   // to a load from the base of the memset.
964 #if 0
965   if (LoadOffset == StoreOffset) {
966     dbgs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
967     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
968     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
969     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
970     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
971     abort();
972   }
973 #endif
974
975   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
976   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
977   // must have gotten confused.
978   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadTy);
979
980   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
981     return -1;
982   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
983   LoadSize >>= 3;
984
985
986   bool isAAFailure = false;
987   if (StoreOffset < LoadOffset)
988     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
989   else
990     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
991
992   if (isAAFailure) {
993 #if 0
994     dbgs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
995     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
996     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
997     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
998     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
999     abort();
1000 #endif
1001     return -1;
1002   }
1003
1004   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
1005   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
1006   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
1007   // valuable.
1008   if (StoreOffset > LoadOffset ||
1009       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
1010     return -1;
1011
1012   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
1013   // store that the load is.
1014   return LoadOffset-StoreOffset;
1015 }
1016
1017 /// This function is called when we have a
1018 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
1019 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1020                                           StoreInst *DepSI) {
1021   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1022   if (DepSI->getValueOperand()->getType()->isStructTy() ||
1023       DepSI->getValueOperand()->getType()->isArrayTy())
1024     return -1;
1025
1026   const DataLayout &DL = DepSI->getModule()->getDataLayout();
1027   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
1028   uint64_t StoreSize =DL.getTypeSizeInBits(DepSI->getValueOperand()->getType());
1029   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1030                                         StorePtr, StoreSize, DL);
1031 }
1032
1033 /// This function is called when we have a
1034 /// memdep query of a load that ends up being clobbered by another load.  See if
1035 /// the other load can feed into the second load.
1036 static int AnalyzeLoadFromClobberingLoad(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1037                                          LoadInst *DepLI, const DataLayout &DL){
1038   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1039   if (DepLI->getType()->isStructTy() || DepLI->getType()->isArrayTy())
1040     return -1;
1041
1042   Value *DepPtr = DepLI->getPointerOperand();
1043   uint64_t DepSize = DL.getTypeSizeInBits(DepLI->getType());
1044   int R = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, DepSize, DL);
1045   if (R != -1) return R;
1046
1047   // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this load,
1048   // then we should widen it!
1049   int64_t LoadOffs = 0;
1050   const Value *LoadBase =
1051       GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffs, DL);
1052   unsigned LoadSize = DL.getTypeStoreSize(LoadTy);
1053
1054   unsigned Size = MemoryDependenceAnalysis::getLoadLoadClobberFullWidthSize(
1055       LoadBase, LoadOffs, LoadSize, DepLI);
1056   if (Size == 0) return -1;
1057
1058   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, Size*8, DL);
1059 }
1060
1061
1062
1063 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1064                                             MemIntrinsic *MI,
1065                                             const DataLayout &DL) {
1066   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
1067   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1068   if (!SizeCst) return -1;
1069   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
1070
1071   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
1072   // of the memset..
1073   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
1074     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
1075                                           MemSizeInBits, DL);
1076
1077   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
1078   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
1079   // constant memory.
1080   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
1081
1082   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
1083   if (!Src) return -1;
1084
1085   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GetUnderlyingObject(Src, DL));
1086   if (!GV || !GV->isConstant()) return -1;
1087
1088   // See if the access is within the bounds of the transfer.
1089   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1090                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, DL);
1091   if (Offset == -1)
1092     return Offset;
1093
1094   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1095   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1096   // offset applied as appropriate.
1097   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1098                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1099   Constant *OffsetCst =
1100     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1101   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Src->getContext()), Src,
1102                                        OffsetCst);
1103   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1104   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, DL))
1105     return Offset;
1106   return -1;
1107 }
1108
1109
1110 /// This function is called when we have a
1111 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
1112 /// that the store provides bits used by the load but we the pointers don't
1113 /// mustalias.  Check this case to see if there is anything more we can do
1114 /// before we give up.
1115 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
1116                                    Type *LoadTy,
1117                                    Instruction *InsertPt, const DataLayout &DL){
1118   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1119
1120   uint64_t StoreSize = (DL.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) + 7) / 8;
1121   uint64_t LoadSize = (DL.getTypeSizeInBits(LoadTy) + 7) / 8;
1122
1123   IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1124
1125   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1126   // to an integer type to start with.
1127   if (SrcVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1128     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal,
1129         DL.getIntPtrType(SrcVal->getType()));
1130   if (!SrcVal->getType()->isIntegerTy())
1131     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8));
1132
1133   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1134   unsigned ShiftAmt;
1135   if (DL.isLittleEndian())
1136     ShiftAmt = Offset*8;
1137   else
1138     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1139
1140   if (ShiftAmt)
1141     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt);
1142
1143   if (LoadSize != StoreSize)
1144     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1145
1146   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, Builder, DL);
1147 }
1148
1149 /// This function is called when we have a
1150 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering load.  This means
1151 /// that the load *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1152 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1153 /// anything more we can do before we give up.
1154 static Value *GetLoadValueForLoad(LoadInst *SrcVal, unsigned Offset,
1155                                   Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1156                                   GVN &gvn) {
1157   const DataLayout &DL = SrcVal->getModule()->getDataLayout();
1158   // If Offset+LoadTy exceeds the size of SrcVal, then we must be wanting to
1159   // widen SrcVal out to a larger load.
1160   unsigned SrcValSize = DL.getTypeStoreSize(SrcVal->getType());
1161   unsigned LoadSize = DL.getTypeStoreSize(LoadTy);
1162   if (Offset+LoadSize > SrcValSize) {
1163     assert(SrcVal->isSimple() && "Cannot widen volatile/atomic load!");
1164     assert(SrcVal->getType()->isIntegerTy() && "Can't widen non-integer load");
1165     // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this
1166     // load, then we should widen it to the next power of 2 size big enough!
1167     unsigned NewLoadSize = Offset+LoadSize;
1168     if (!isPowerOf2_32(NewLoadSize))
1169       NewLoadSize = NextPowerOf2(NewLoadSize);
1170
1171     Value *PtrVal = SrcVal->getPointerOperand();
1172
1173     // Insert the new load after the old load.  This ensures that subsequent
1174     // memdep queries will find the new load.  We can't easily remove the old
1175     // load completely because it is already in the value numbering table.
1176     IRBuilder<> Builder(SrcVal->getParent(), ++BasicBlock::iterator(SrcVal));
1177     Type *DestPTy =
1178       IntegerType::get(LoadTy->getContext(), NewLoadSize*8);
1179     DestPTy = PointerType::get(DestPTy,
1180                                PtrVal->getType()->getPointerAddressSpace());
1181     Builder.SetCurrentDebugLocation(SrcVal->getDebugLoc());
1182     PtrVal = Builder.CreateBitCast(PtrVal, DestPTy);
1183     LoadInst *NewLoad = Builder.CreateLoad(PtrVal);
1184     NewLoad->takeName(SrcVal);
1185     NewLoad->setAlignment(SrcVal->getAlignment());
1186
1187     DEBUG(dbgs() << "GVN WIDENED LOAD: " << *SrcVal << "\n");
1188     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *NewLoad << "\n");
1189
1190     // Replace uses of the original load with the wider load.  On a big endian
1191     // system, we need to shift down to get the relevant bits.
1192     Value *RV = NewLoad;
1193     if (DL.isBigEndian())
1194       RV = Builder.CreateLShr(RV,
1195                     NewLoadSize*8-SrcVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
1196     RV = Builder.CreateTrunc(RV, SrcVal->getType());
1197     SrcVal->replaceAllUsesWith(RV);
1198
1199     // We would like to use gvn.markInstructionForDeletion here, but we can't
1200     // because the load is already memoized into the leader map table that GVN
1201     // tracks.  It is potentially possible to remove the load from the table,
1202     // but then there all of the operations based on it would need to be
1203     // rehashed.  Just leave the dead load around.
1204     gvn.getMemDep().removeInstruction(SrcVal);
1205     SrcVal = NewLoad;
1206   }
1207
1208   return GetStoreValueForLoad(SrcVal, Offset, LoadTy, InsertPt, DL);
1209 }
1210
1211
1212 /// This function is called when we have a
1213 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1214 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1215                                      Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1216                                      const DataLayout &DL){
1217   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1218   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1219
1220   IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1221
1222   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1223   // provides the bits for the load.
1224   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1225     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1226     // independently of what the offset is.
1227     Value *Val = MSI->getValue();
1228     if (LoadSize != 1)
1229       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1230
1231     Value *OneElt = Val;
1232
1233     // Splat the value out to the right number of bits.
1234     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1235       // If we can double the number of bytes set, do it.
1236       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1237         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1238         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1239         NumBytesSet <<= 1;
1240         continue;
1241       }
1242
1243       // Otherwise insert one byte at a time.
1244       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1245       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1246       ++NumBytesSet;
1247     }
1248
1249     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, Builder, DL);
1250   }
1251
1252   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1253   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1254   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1255   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1256
1257   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1258   // offset applied as appropriate.
1259   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1260                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1261   Constant *OffsetCst =
1262     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1263   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Src->getContext()), Src,
1264                                        OffsetCst);
1265   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1266   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, DL);
1267 }
1268
1269
1270 /// Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1271 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1272 /// that should be used at LI's definition site.
1273 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
1274                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1275                                      GVN &gvn) {
1276   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
1277   // just use the dominating value directly.
1278   if (ValuesPerBlock.size() == 1 &&
1279       gvn.getDominatorTree().properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB,
1280                                                LI->getParent())) {
1281     assert(!ValuesPerBlock[0].isUndefValue() && "Dead BB dominate this block");
1282     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI, gvn);
1283   }
1284
1285   // Otherwise, we have to construct SSA form.
1286   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1287   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1288   SSAUpdate.Initialize(LI->getType(), LI->getName());
1289
1290   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1291     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1292     BasicBlock *BB = AV.BB;
1293
1294     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1295       continue;
1296
1297     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LI, gvn));
1298   }
1299
1300   // Perform PHI construction.
1301   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1302
1303   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1304   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) {
1305     AliasAnalysis *AA = gvn.getAliasAnalysis();
1306
1307     // Scan the new PHIs and inform alias analysis that we've added potentially
1308     // escaping uses to any values that are operands to these PHIs.
1309     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i) {
1310       PHINode *P = NewPHIs[i];
1311       for (unsigned ii = 0, ee = P->getNumIncomingValues(); ii != ee; ++ii) {
1312         unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
1313         AA->addEscapingUse(P->getOperandUse(jj));
1314       }
1315     }
1316   }
1317
1318   return V;
1319 }
1320
1321 Value *AvailableValueInBlock::MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI,
1322                                                        GVN &gvn) const {
1323   Value *Res;
1324   Type *LoadTy = LI->getType();
1325   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1326   if (isSimpleValue()) {
1327     Res = getSimpleValue();
1328     if (Res->getType() != LoadTy) {
1329       Res = GetStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(), DL);
1330
1331       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1332                    << *getSimpleValue() << '\n'
1333                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1334     }
1335   } else if (isCoercedLoadValue()) {
1336     LoadInst *Load = getCoercedLoadValue();
1337     if (Load->getType() == LoadTy && Offset == 0) {
1338       Res = Load;
1339     } else {
1340       Res = GetLoadValueForLoad(Load, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1341                                 gvn);
1342   
1343       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL LOAD:\nOffset: " << Offset << "  "
1344                    << *getCoercedLoadValue() << '\n'
1345                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1346     }
1347   } else if (isMemIntrinValue()) {
1348     Res = GetMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset, LoadTy,
1349                                  BB->getTerminator(), DL);
1350     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1351                  << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
1352                  << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1353   } else {
1354     assert(isUndefValue() && "Should be UndefVal");
1355     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL Undef:\n";);
1356     return UndefValue::get(LoadTy);
1357   }
1358   return Res;
1359 }
1360
1361 static bool isLifetimeStart(const Instruction *Inst) {
1362   if (const IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1363     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1364   return false;
1365 }
1366
1367 void GVN::AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps, 
1368                                   AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
1369                                   UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
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   unsigned NumDeps = Deps.size();
1376   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1377   for (unsigned i = 0, e = NumDeps; i != e; ++i) {
1378     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1379     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1380
1381     if (DeadBlocks.count(DepBB)) {
1382       // Dead dependent mem-op disguise as a load evaluating the same value
1383       // as the load in question.
1384       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getUndef(DepBB));
1385       continue;
1386     }
1387
1388     if (!DepInfo.isDef() && !DepInfo.isClobber()) {
1389       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1390       continue;
1391     }
1392
1393     if (DepInfo.isClobber()) {
1394       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1395       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1396       // to consider the right address.
1397       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1398
1399       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1400       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1401       // stored value.
1402       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1403         if (Address) {
1404           int Offset =
1405               AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address, DepSI);
1406           if (Offset != -1) {
1407             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1408                                                        DepSI->getValueOperand(),
1409                                                                 Offset));
1410             continue;
1411           }
1412         }
1413       }
1414
1415       // Check to see if we have something like this:
1416       //    load i32* P
1417       //    load i8* (P+1)
1418       // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1419       if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInfo.getInst())) {
1420         // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1421         // we have the first instruction in the entry block.
1422         if (DepLI != LI && Address) {
1423           int Offset =
1424               AnalyzeLoadFromClobberingLoad(LI->getType(), Address, DepLI, DL);
1425
1426           if (Offset != -1) {
1427             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB,DepLI,
1428                                                                     Offset));
1429             continue;
1430           }
1431         }
1432       }
1433
1434       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1435       // forward a value on from it.
1436       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1437         if (Address) {
1438           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1439                                                         DepMI, DL);
1440           if (Offset != -1) {
1441             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1442                                                                   Offset));
1443             continue;
1444           }
1445         }
1446       }
1447
1448       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1449       continue;
1450     }
1451
1452     // DepInfo.isDef() here
1453
1454     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1455
1456     // Loading the allocation -> undef.
1457     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI) ||
1458         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1459         isLifetimeStart(DepInst)) {
1460       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1461                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1462       continue;
1463     }
1464
1465     // Loading from calloc (which zero initializes memory) -> zero
1466     if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1467       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(
1468           DepBB, Constant::getNullValue(LI->getType())));
1469       continue;
1470     }
1471
1472     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1473       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1474       // different types if we have to.
1475       if (S->getValueOperand()->getType() != LI->getType()) {
1476         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1477         // reuse it.
1478         if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getValueOperand(),
1479                                              LI->getType(), DL)) {
1480           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1481           continue;
1482         }
1483       }
1484
1485       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1486                                                          S->getValueOperand()));
1487       continue;
1488     }
1489
1490     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1491       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1492       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1493         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1494         // reuse it.
1495         if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(), DL)) {
1496           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1497           continue;
1498         }
1499       }
1500       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB, LD));
1501       continue;
1502     }
1503
1504     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1505   }
1506 }
1507
1508 bool GVN::PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock, 
1509                          UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1510   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1511   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1512   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1513   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1514   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1515   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1516   // the load, not inserting a new one).
1517
1518   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers;
1519   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1520     Blockers.insert(UnavailableBlocks[i]);
1521
1522   // Let's find the first basic block with more than one predecessor.  Walk
1523   // backwards through predecessors if needed.
1524   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1525   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1526
1527   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1528     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1529     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1530       return false;
1531     if (Blockers.count(TmpBB))
1532       return false;
1533
1534     // If any of these blocks has more than one successor (i.e. if the edge we
1535     // just traversed was critical), then there are other paths through this
1536     // block along which the load may not be anticipated.  Hoisting the load
1537     // above this block would be adding the load to execution paths along
1538     // which it was not previously executed.
1539     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1540       return false;
1541   }
1542
1543   assert(TmpBB);
1544   LoadBB = TmpBB;
1545
1546   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1547   // available.
1548   MapVector<BasicBlock *, Value *> PredLoads;
1549   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1550   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1551     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1552   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1553     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1554
1555   SmallVector<BasicBlock *, 4> CriticalEdgePred;
1556   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1557        PI != E; ++PI) {
1558     BasicBlock *Pred = *PI;
1559     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks, 0)) {
1560       continue;
1561     }
1562
1563     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1564       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1565         DEBUG(dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1566               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1567         return false;
1568       }
1569
1570       if (LoadBB->isLandingPad()) {
1571         DEBUG(dbgs()
1572               << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF LANDING PAD CRITICAL EDGE '"
1573               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1574         return false;
1575       }
1576
1577       CriticalEdgePred.push_back(Pred);
1578     } else {
1579       // Only add the predecessors that will not be split for now.
1580       PredLoads[Pred] = nullptr;
1581     }
1582   }
1583
1584   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1585   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size() + CriticalEdgePred.size();
1586   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1587          "Fully available value should already be eliminated!");
1588
1589   // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1590   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1591   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1592   // that one block.
1593   if (NumUnavailablePreds != 1)
1594       return false;
1595
1596   // Split critical edges, and update the unavailable predecessors accordingly.
1597   for (BasicBlock *OrigPred : CriticalEdgePred) {
1598     BasicBlock *NewPred = splitCriticalEdges(OrigPred, LoadBB);
1599     assert(!PredLoads.count(OrigPred) && "Split edges shouldn't be in map!");
1600     PredLoads[NewPred] = nullptr;
1601     DEBUG(dbgs() << "Split critical edge " << OrigPred->getName() << "->"
1602                  << LoadBB->getName() << '\n');
1603   }
1604
1605   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1606   bool CanDoPRE = true;
1607   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1608   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1609   for (auto &PredLoad : PredLoads) {
1610     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1611
1612     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1613     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1614
1615     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1616     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1617     // pointer if it is not available.
1618     PHITransAddr Address(LI->getPointerOperand(), DL, AC);
1619     Value *LoadPtr = nullptr;
1620     LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1621                                                 *DT, NewInsts);
1622
1623     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1624     // we fail PRE.
1625     if (!LoadPtr) {
1626       DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1627             << *LI->getPointerOperand() << "\n");
1628       CanDoPRE = false;
1629       break;
1630     }
1631
1632     PredLoad.second = LoadPtr;
1633   }
1634
1635   if (!CanDoPRE) {
1636     while (!NewInsts.empty()) {
1637       Instruction *I = NewInsts.pop_back_val();
1638       if (MD) MD->removeInstruction(I);
1639       I->eraseFromParent();
1640     }
1641     // HINT: Don't revert the edge-splitting as following transformation may
1642     // also need to split these critical edges.
1643     return !CriticalEdgePred.empty();
1644   }
1645
1646   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1647   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1648   // it.
1649   DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1650   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1651           dbgs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1652                  << *NewInsts.back() << '\n');
1653
1654   // Assign value numbers to the new instructions.
1655   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1656     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1657     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1658     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1659     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1660     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1661   }
1662
1663   for (const auto &PredLoad : PredLoads) {
1664     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1665     Value *LoadPtr = PredLoad.second;
1666
1667     Instruction *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1668                                         LI->getAlignment(),
1669                                         UnavailablePred->getTerminator());
1670
1671     // Transfer the old load's AA tags to the new load.
1672     AAMDNodes Tags;
1673     LI->getAAMetadata(Tags);
1674     if (Tags)
1675       NewLoad->setAAMetadata(Tags);
1676
1677     // Transfer DebugLoc.
1678     NewLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1679
1680     // Add the newly created load.
1681     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1682                                                         NewLoad));
1683     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1684     DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1685   }
1686
1687   // Perform PHI construction.
1688   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1689   LI->replaceAllUsesWith(V);
1690   if (isa<PHINode>(V))
1691     V->takeName(LI);
1692   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1693     I->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1694   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1695     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1696   markInstructionForDeletion(LI);
1697   ++NumPRELoad;
1698   return true;
1699 }
1700
1701 /// Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1702 /// non-local by performing PHI construction.
1703 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI) {
1704   // Step 1: Find the non-local dependencies of the load.
1705   LoadDepVect Deps;
1706   MD->getNonLocalPointerDependency(LI, Deps);
1707
1708   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1709   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1710   // it will be too expensive.
1711   unsigned NumDeps = Deps.size();
1712   if (NumDeps > 100)
1713     return false;
1714
1715   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1716   // clobber in the current block.  Reject this early.
1717   if (NumDeps == 1 &&
1718       !Deps[0].getResult().isDef() && !Deps[0].getResult().isClobber()) {
1719     DEBUG(
1720       dbgs() << "GVN: non-local load ";
1721       LI->printAsOperand(dbgs());
1722       dbgs() << " has unknown dependencies\n";
1723     );
1724     return false;
1725   }
1726
1727   // If this load follows a GEP, see if we can PRE the indices before analyzing.
1728   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0))) {
1729     for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEP->idx_begin(),
1730                                         OE = GEP->idx_end();
1731          OI != OE; ++OI)
1732       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OI->get()))
1733         performScalarPRE(I);
1734   }
1735
1736   // Step 2: Analyze the availability of the load
1737   AvailValInBlkVect ValuesPerBlock;
1738   UnavailBlkVect UnavailableBlocks;
1739   AnalyzeLoadAvailability(LI, Deps, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1740
1741   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1742   // early.
1743   if (ValuesPerBlock.empty())
1744     return false;
1745
1746   // Step 3: Eliminate fully redundancy.
1747   //
1748   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1749   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1750   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1751   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1752     DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1753
1754     // Perform PHI construction.
1755     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1756     LI->replaceAllUsesWith(V);
1757
1758     if (isa<PHINode>(V))
1759       V->takeName(LI);
1760     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1761       I->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1762     if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1763       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1764     markInstructionForDeletion(LI);
1765     ++NumGVNLoad;
1766     return true;
1767   }
1768
1769   // Step 4: Eliminate partial redundancy.
1770   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1771     return false;
1772
1773   return PerformLoadPRE(LI, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1774 }
1775
1776
1777 static void patchReplacementInstruction(Instruction *I, Value *Repl) {
1778   // Patch the replacement so that it is not more restrictive than the value
1779   // being replaced.
1780   BinaryOperator *Op = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
1781   BinaryOperator *ReplOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Repl);
1782   if (Op && ReplOp)
1783     ReplOp->andIRFlags(Op);
1784
1785   if (Instruction *ReplInst = dyn_cast<Instruction>(Repl)) {
1786     // FIXME: If both the original and replacement value are part of the
1787     // same control-flow region (meaning that the execution of one
1788     // guarentees the executation of the other), then we can combine the
1789     // noalias scopes here and do better than the general conservative
1790     // answer used in combineMetadata().
1791
1792     // In general, GVN unifies expressions over different control-flow
1793     // regions, and so we need a conservative combination of the noalias
1794     // scopes.
1795     unsigned KnownIDs[] = {
1796       LLVMContext::MD_tbaa,
1797       LLVMContext::MD_alias_scope,
1798       LLVMContext::MD_noalias,
1799       LLVMContext::MD_range,
1800       LLVMContext::MD_fpmath,
1801       LLVMContext::MD_invariant_load,
1802     };
1803     combineMetadata(ReplInst, I, KnownIDs);
1804   }
1805 }
1806
1807 static void patchAndReplaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *Repl) {
1808   patchReplacementInstruction(I, Repl);
1809   I->replaceAllUsesWith(Repl);
1810 }
1811
1812 /// Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1813 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1814 bool GVN::processLoad(LoadInst *L) {
1815   if (!MD)
1816     return false;
1817
1818   if (!L->isSimple())
1819     return false;
1820
1821   if (L->use_empty()) {
1822     markInstructionForDeletion(L);
1823     return true;
1824   }
1825
1826   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1827   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1828   const DataLayout &DL = L->getModule()->getDataLayout();
1829
1830   // If we have a clobber and target data is around, see if this is a clobber
1831   // that we can fix up through code synthesis.
1832   if (Dep.isClobber()) {
1833     // Check to see if we have something like this:
1834     //   store i32 123, i32* %P
1835     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1836     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1837     //   %C = load i8* %B
1838     //
1839     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1840     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1841     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1842     // access code.
1843     Value *AvailVal = nullptr;
1844     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst())) {
1845       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(
1846           L->getType(), L->getPointerOperand(), DepSI);
1847       if (Offset != -1)
1848         AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getValueOperand(), Offset,
1849                                         L->getType(), L, DL);
1850     }
1851
1852     // Check to see if we have something like this:
1853     //    load i32* P
1854     //    load i8* (P+1)
1855     // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1856     if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(Dep.getInst())) {
1857       // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1858       // we have the first instruction in the entry block.
1859       if (DepLI == L)
1860         return false;
1861
1862       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(
1863           L->getType(), L->getPointerOperand(), DepLI, DL);
1864       if (Offset != -1)
1865         AvailVal = GetLoadValueForLoad(DepLI, Offset, L->getType(), L, *this);
1866     }
1867
1868     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1869     // a value on from it.
1870     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1871       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(
1872           L->getType(), L->getPointerOperand(), DepMI, DL);
1873       if (Offset != -1)
1874         AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L, DL);
1875     }
1876
1877     if (AvailVal) {
1878       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1879             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1880
1881       // Replace the load!
1882       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1883       if (AvailVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1884         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1885       markInstructionForDeletion(L);
1886       ++NumGVNLoad;
1887       return true;
1888     }
1889   }
1890
1891   // If the value isn't available, don't do anything!
1892   if (Dep.isClobber()) {
1893     DEBUG(
1894       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1895       dbgs() << "GVN: load ";
1896       L->printAsOperand(dbgs());
1897       Instruction *I = Dep.getInst();
1898       dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1899     );
1900     return false;
1901   }
1902
1903   // If it is defined in another block, try harder.
1904   if (Dep.isNonLocal())
1905     return processNonLocalLoad(L);
1906
1907   if (!Dep.isDef()) {
1908     DEBUG(
1909       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1910       dbgs() << "GVN: load ";
1911       L->printAsOperand(dbgs());
1912       dbgs() << " has unknown dependence\n";
1913     );
1914     return false;
1915   }
1916
1917   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1918   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1919     Value *StoredVal = DepSI->getValueOperand();
1920
1921     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1922     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1923     // value (depending on its type).
1924     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1925       IRBuilder<> Builder(L);
1926       StoredVal =
1927           CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(), Builder, DL);
1928       if (!StoredVal)
1929         return false;
1930
1931       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1932                    << '\n' << *L << "\n\n\n");
1933     }
1934
1935     // Remove it!
1936     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1937     if (StoredVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1938       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1939     markInstructionForDeletion(L);
1940     ++NumGVNLoad;
1941     return true;
1942   }
1943
1944   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1945     Value *AvailableVal = DepLI;
1946
1947     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1948     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1949     // (depending on its type).
1950     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1951       IRBuilder<> Builder(L);
1952       AvailableVal =
1953           CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(), Builder, DL);
1954       if (!AvailableVal)
1955         return false;
1956
1957       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1958                    << "\n" << *L << "\n\n\n");
1959     }
1960
1961     // Remove it!
1962     patchAndReplaceAllUsesWith(L, AvailableVal);
1963     if (DepLI->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1964       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1965     markInstructionForDeletion(L);
1966     ++NumGVNLoad;
1967     return true;
1968   }
1969
1970   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1971   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1972   // intervening stores, for example.
1973   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1974     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1975     markInstructionForDeletion(L);
1976     ++NumGVNLoad;
1977     return true;
1978   }
1979
1980   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1981   // then the loaded value is undefined.
1982   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1983     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1984       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1985       markInstructionForDeletion(L);
1986       ++NumGVNLoad;
1987       return true;
1988     }
1989   }
1990
1991   // If this load follows a calloc (which zero initializes memory),
1992   // then the loaded value is zero
1993   if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1994     L->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(L->getType()));
1995     markInstructionForDeletion(L);
1996     ++NumGVNLoad;
1997     return true;
1998   }
1999
2000   return false;
2001 }
2002
2003 // In order to find a leader for a given value number at a
2004 // specific basic block, we first obtain the list of all Values for that number,
2005 // and then scan the list to find one whose block dominates the block in
2006 // question.  This is fast because dominator tree queries consist of only
2007 // a few comparisons of DFS numbers.
2008 Value *GVN::findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num) {
2009   LeaderTableEntry Vals = LeaderTable[num];
2010   if (!Vals.Val) return nullptr;
2011
2012   Value *Val = nullptr;
2013   if (DT->dominates(Vals.BB, BB)) {
2014     Val = Vals.Val;
2015     if (isa<Constant>(Val)) return Val;
2016   }
2017
2018   LeaderTableEntry* Next = Vals.Next;
2019   while (Next) {
2020     if (DT->dominates(Next->BB, BB)) {
2021       if (isa<Constant>(Next->Val)) return Next->Val;
2022       if (!Val) Val = Next->Val;
2023     }
2024
2025     Next = Next->Next;
2026   }
2027
2028   return Val;
2029 }
2030
2031 /// There is an edge from 'Src' to 'Dst'.  Return
2032 /// true if every path from the entry block to 'Dst' passes via this edge.  In
2033 /// particular 'Dst' must not be reachable via another edge from 'Src'.
2034 static bool isOnlyReachableViaThisEdge(const BasicBlockEdge &E,
2035                                        DominatorTree *DT) {
2036   // While in theory it is interesting to consider the case in which Dst has
2037   // more than one predecessor, because Dst might be part of a loop which is
2038   // only reachable from Src, in practice it is pointless since at the time
2039   // GVN runs all such loops have preheaders, which means that Dst will have
2040   // been changed to have only one predecessor, namely Src.
2041   const BasicBlock *Pred = E.getEnd()->getSinglePredecessor();
2042   const BasicBlock *Src = E.getStart();
2043   assert((!Pred || Pred == Src) && "No edge between these basic blocks!");
2044   (void)Src;
2045   return Pred != nullptr;
2046 }
2047
2048 /// The given values are known to be equal in every block
2049 /// dominated by 'Root'.  Exploit this, for example by replacing 'LHS' with
2050 /// 'RHS' everywhere in the scope.  Returns whether a change was made.
2051 bool GVN::propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS,
2052                             const BasicBlockEdge &Root) {
2053   SmallVector<std::pair<Value*, Value*>, 4> Worklist;
2054   Worklist.push_back(std::make_pair(LHS, RHS));
2055   bool Changed = false;
2056   // For speed, compute a conservative fast approximation to
2057   // DT->dominates(Root, Root.getEnd());
2058   bool RootDominatesEnd = isOnlyReachableViaThisEdge(Root, DT);
2059
2060   while (!Worklist.empty()) {
2061     std::pair<Value*, Value*> Item = Worklist.pop_back_val();
2062     LHS = Item.first; RHS = Item.second;
2063
2064     if (LHS == RHS) continue;
2065     assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "Equality but unequal types!");
2066
2067     // Don't try to propagate equalities between constants.
2068     if (isa<Constant>(LHS) && isa<Constant>(RHS)) continue;
2069
2070     // Prefer a constant on the right-hand side, or an Argument if no constants.
2071     if (isa<Constant>(LHS) || (isa<Argument>(LHS) && !isa<Constant>(RHS)))
2072       std::swap(LHS, RHS);
2073     assert((isa<Argument>(LHS) || isa<Instruction>(LHS)) && "Unexpected value!");
2074
2075     // If there is no obvious reason to prefer the left-hand side over the
2076     // right-hand side, ensure the longest lived term is on the right-hand side,
2077     // so the shortest lived term will be replaced by the longest lived.
2078     // This tends to expose more simplifications.
2079     uint32_t LVN = VN.lookup_or_add(LHS);
2080     if ((isa<Argument>(LHS) && isa<Argument>(RHS)) ||
2081         (isa<Instruction>(LHS) && isa<Instruction>(RHS))) {
2082       // Move the 'oldest' value to the right-hand side, using the value number
2083       // as a proxy for age.
2084       uint32_t RVN = VN.lookup_or_add(RHS);
2085       if (LVN < RVN) {
2086         std::swap(LHS, RHS);
2087         LVN = RVN;
2088       }
2089     }
2090
2091     // If value numbering later sees that an instruction in the scope is equal
2092     // to 'LHS' then ensure it will be turned into 'RHS'.  In order to preserve
2093     // the invariant that instructions only occur in the leader table for their
2094     // own value number (this is used by removeFromLeaderTable), do not do this
2095     // if RHS is an instruction (if an instruction in the scope is morphed into
2096     // LHS then it will be turned into RHS by the next GVN iteration anyway, so
2097     // using the leader table is about compiling faster, not optimizing better).
2098     // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2099     // have the simple case where the edge dominates the end.
2100     if (RootDominatesEnd && !isa<Instruction>(RHS))
2101       addToLeaderTable(LVN, RHS, Root.getEnd());
2102
2103     // Replace all occurrences of 'LHS' with 'RHS' everywhere in the scope.  As
2104     // LHS always has at least one use that is not dominated by Root, this will
2105     // never do anything if LHS has only one use.
2106     if (!LHS->hasOneUse()) {
2107       unsigned NumReplacements = replaceDominatedUsesWith(LHS, RHS, *DT, Root);
2108       Changed |= NumReplacements > 0;
2109       NumGVNEqProp += NumReplacements;
2110     }
2111
2112     // Now try to deduce additional equalities from this one. For example, if
2113     // the known equality was "(A != B)" == "false" then it follows that A and B
2114     // are equal in the scope. Only boolean equalities with an explicit true or
2115     // false RHS are currently supported.
2116     if (!RHS->getType()->isIntegerTy(1))
2117       // Not a boolean equality - bail out.
2118       continue;
2119     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2120     if (!CI)
2121       // RHS neither 'true' nor 'false' - bail out.
2122       continue;
2123     // Whether RHS equals 'true'.  Otherwise it equals 'false'.
2124     bool isKnownTrue = CI->isAllOnesValue();
2125     bool isKnownFalse = !isKnownTrue;
2126
2127     // If "A && B" is known true then both A and B are known true.  If "A || B"
2128     // is known false then both A and B are known false.
2129     Value *A, *B;
2130     if ((isKnownTrue && match(LHS, m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) ||
2131         (isKnownFalse && match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))))) {
2132       Worklist.push_back(std::make_pair(A, RHS));
2133       Worklist.push_back(std::make_pair(B, RHS));
2134       continue;
2135     }
2136
2137     // If we are propagating an equality like "(A == B)" == "true" then also
2138     // propagate the equality A == B.  When propagating a comparison such as
2139     // "(A >= B)" == "true", replace all instances of "A < B" with "false".
2140     if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(LHS)) {
2141       Value *Op0 = Cmp->getOperand(0), *Op1 = Cmp->getOperand(1);
2142
2143       // If "A == B" is known true, or "A != B" is known false, then replace
2144       // A with B everywhere in the scope.
2145       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ) ||
2146           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE))
2147         Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
2148
2149       // Handle the floating point versions of equality comparisons too.
2150       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::FCMP_OEQ) ||
2151           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::FCMP_UNE)) {
2152
2153         // Floating point -0.0 and 0.0 compare equal, so we can only
2154         // propagate values if we know that we have a constant and that
2155         // its value is non-zero.
2156         
2157         // FIXME: We should do this optimization if 'no signed zeros' is
2158         // applicable via an instruction-level fast-math-flag or some other
2159         // indicator that relaxed FP semantics are being used.
2160
2161         if (isa<ConstantFP>(Op1) && !cast<ConstantFP>(Op1)->isZero())
2162           Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
2163       }
2164  
2165       // If "A >= B" is known true, replace "A < B" with false everywhere.
2166       CmpInst::Predicate NotPred = Cmp->getInversePredicate();
2167       Constant *NotVal = ConstantInt::get(Cmp->getType(), isKnownFalse);
2168       // Since we don't have the instruction "A < B" immediately to hand, work
2169       // out the value number that it would have and use that to find an
2170       // appropriate instruction (if any).
2171       uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2172       uint32_t Num = VN.lookup_or_add_cmp(Cmp->getOpcode(), NotPred, Op0, Op1);
2173       // If the number we were assigned was brand new then there is no point in
2174       // looking for an instruction realizing it: there cannot be one!
2175       if (Num < NextNum) {
2176         Value *NotCmp = findLeader(Root.getEnd(), Num);
2177         if (NotCmp && isa<Instruction>(NotCmp)) {
2178           unsigned NumReplacements =
2179             replaceDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, *DT, Root);
2180           Changed |= NumReplacements > 0;
2181           NumGVNEqProp += NumReplacements;
2182         }
2183       }
2184       // Ensure that any instruction in scope that gets the "A < B" value number
2185       // is replaced with false.
2186       // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2187       // have the simple case where the edge dominates the end.
2188       if (RootDominatesEnd)
2189         addToLeaderTable(Num, NotVal, Root.getEnd());
2190
2191       continue;
2192     }
2193   }
2194
2195   return Changed;
2196 }
2197
2198 /// When calculating availability, handle an instruction
2199 /// by inserting it into the appropriate sets
2200 bool GVN::processInstruction(Instruction *I) {
2201   // Ignore dbg info intrinsics.
2202   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2203     return false;
2204
2205   // If the instruction can be easily simplified then do so now in preference
2206   // to value numbering it.  Value numbering often exposes redundancies, for
2207   // example if it determines that %y is equal to %x then the instruction
2208   // "%z = and i32 %x, %y" becomes "%z = and i32 %x, %x" which we now simplify.
2209   const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
2210   if (Value *V = SimplifyInstruction(I, DL, TLI, DT, AC)) {
2211     I->replaceAllUsesWith(V);
2212     if (MD && V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2213       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
2214     markInstructionForDeletion(I);
2215     ++NumGVNSimpl;
2216     return true;
2217   }
2218
2219   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
2220     if (processLoad(LI))
2221       return true;
2222
2223     unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
2224     addToLeaderTable(Num, LI, LI->getParent());
2225     return false;
2226   }
2227
2228   // For conditional branches, we can perform simple conditional propagation on
2229   // the condition value itself.
2230   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
2231     if (!BI->isConditional())
2232       return false;
2233
2234     if (isa<Constant>(BI->getCondition()))
2235       return processFoldableCondBr(BI);
2236
2237     Value *BranchCond = BI->getCondition();
2238     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
2239     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
2240     // Avoid multiple edges early.
2241     if (TrueSucc == FalseSucc)
2242       return false;
2243
2244     BasicBlock *Parent = BI->getParent();
2245     bool Changed = false;
2246
2247     Value *TrueVal = ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
2248     BasicBlockEdge TrueE(Parent, TrueSucc);
2249     Changed |= propagateEquality(BranchCond, TrueVal, TrueE);
2250
2251     Value *FalseVal = ConstantInt::getFalse(FalseSucc->getContext());
2252     BasicBlockEdge FalseE(Parent, FalseSucc);
2253     Changed |= propagateEquality(BranchCond, FalseVal, FalseE);
2254
2255     return Changed;
2256   }
2257
2258   // For switches, propagate the case values into the case destinations.
2259   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(I)) {
2260     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
2261     BasicBlock *Parent = SI->getParent();
2262     bool Changed = false;
2263
2264     // Remember how many outgoing edges there are to every successor.
2265     SmallDenseMap<BasicBlock *, unsigned, 16> SwitchEdges;
2266     for (unsigned i = 0, n = SI->getNumSuccessors(); i != n; ++i)
2267       ++SwitchEdges[SI->getSuccessor(i)];
2268
2269     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2270          i != e; ++i) {
2271       BasicBlock *Dst = i.getCaseSuccessor();
2272       // If there is only a single edge, propagate the case value into it.
2273       if (SwitchEdges.lookup(Dst) == 1) {
2274         BasicBlockEdge E(Parent, Dst);
2275         Changed |= propagateEquality(SwitchCond, i.getCaseValue(), E);
2276       }
2277     }
2278     return Changed;
2279   }
2280
2281   // Instructions with void type don't return a value, so there's
2282   // no point in trying to find redundancies in them.
2283   if (I->getType()->isVoidTy()) return false;
2284
2285   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2286   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
2287
2288   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
2289   // by fast failing them.
2290   if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I) || isa<PHINode>(I)) {
2291     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2292     return false;
2293   }
2294
2295   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
2296   // need to do a lookup to see if the number already exists
2297   // somewhere in the domtree: it can't!
2298   if (Num >= NextNum) {
2299     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2300     return false;
2301   }
2302
2303   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
2304   // dominators.
2305   Value *repl = findLeader(I->getParent(), Num);
2306   if (!repl) {
2307     // Failure, just remember this instance for future use.
2308     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2309     return false;
2310   }
2311
2312   // Remove it!
2313   patchAndReplaceAllUsesWith(I, repl);
2314   if (MD && repl->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2315     MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
2316   markInstructionForDeletion(I);
2317   return true;
2318 }
2319
2320 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
2321 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
2322   if (skipOptnoneFunction(F))
2323     return false;
2324
2325   if (!NoLoads)
2326     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
2327   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2328   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
2329   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
2330   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
2331   VN.setMemDep(MD);
2332   VN.setDomTree(DT);
2333
2334   bool Changed = false;
2335   bool ShouldContinue = true;
2336
2337   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2338   // optimization opportunities.
2339   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2340     BasicBlock *BB = FI++;
2341
2342     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(
2343         BB, DT, /* LoopInfo */ nullptr, VN.getAliasAnalysis(), MD);
2344     if (removedBlock) ++NumGVNBlocks;
2345
2346     Changed |= removedBlock;
2347   }
2348
2349   unsigned Iteration = 0;
2350   while (ShouldContinue) {
2351     DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2352     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2353     Changed |= ShouldContinue;
2354     ++Iteration;
2355   }
2356
2357   if (EnablePRE) {
2358     // Fabricate val-num for dead-code in order to suppress assertion in
2359     // performPRE().
2360     assignValNumForDeadCode();
2361     bool PREChanged = true;
2362     while (PREChanged) {
2363       PREChanged = performPRE(F);
2364       Changed |= PREChanged;
2365     }
2366   }
2367
2368   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2369   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2370   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2371   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2372
2373   cleanupGlobalSets();
2374   // Do not cleanup DeadBlocks in cleanupGlobalSets() as it's called for each
2375   // iteration. 
2376   DeadBlocks.clear();
2377
2378   return Changed;
2379 }
2380
2381
2382 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2383   // FIXME: Kill off InstrsToErase by doing erasing eagerly in a helper function
2384   // (and incrementing BI before processing an instruction).
2385   assert(InstrsToErase.empty() &&
2386          "We expect InstrsToErase to be empty across iterations");
2387   if (DeadBlocks.count(BB))
2388     return false;
2389
2390   bool ChangedFunction = false;
2391
2392   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2393        BI != BE;) {
2394     ChangedFunction |= processInstruction(BI);
2395     if (InstrsToErase.empty()) {
2396       ++BI;
2397       continue;
2398     }
2399
2400     // If we need some instructions deleted, do it now.
2401     NumGVNInstr += InstrsToErase.size();
2402
2403     // Avoid iterator invalidation.
2404     bool AtStart = BI == BB->begin();
2405     if (!AtStart)
2406       --BI;
2407
2408     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::iterator I = InstrsToErase.begin(),
2409          E = InstrsToErase.end(); I != E; ++I) {
2410       DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2411       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2412       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2413       (*I)->eraseFromParent();
2414     }
2415     InstrsToErase.clear();
2416
2417     if (AtStart)
2418       BI = BB->begin();
2419     else
2420       ++BI;
2421   }
2422
2423   return ChangedFunction;
2424 }
2425
2426 // Instantiate an expression in a predecessor that lacked it.
2427 bool GVN::performScalarPREInsertion(Instruction *Instr, BasicBlock *Pred,
2428                                     unsigned int ValNo) {
2429   // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2430   // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2431   // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2432   // in this loop.
2433   bool success = true;
2434   for (unsigned i = 0, e = Instr->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2435     Value *Op = Instr->getOperand(i);
2436     if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2437       continue;
2438
2439     if (Value *V = findLeader(Pred, VN.lookup(Op))) {
2440       Instr->setOperand(i, V);
2441     } else {
2442       success = false;
2443       break;
2444     }
2445   }
2446
2447   // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2448   // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2449   // are not value numbered precisely.
2450   if (!success)
2451     return false;
2452
2453   Instr->insertBefore(Pred->getTerminator());
2454   Instr->setName(Instr->getName() + ".pre");
2455   Instr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
2456   VN.add(Instr, ValNo);
2457
2458   // Update the availability map to include the new instruction.
2459   addToLeaderTable(ValNo, Instr, Pred);
2460   return true;
2461 }
2462
2463 bool GVN::performScalarPRE(Instruction *CurInst) {
2464   SmallVector<std::pair<Value*, BasicBlock*>, 8> predMap;
2465
2466   if (isa<AllocaInst>(CurInst) || isa<TerminatorInst>(CurInst) ||
2467       isa<PHINode>(CurInst) || CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2468       CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2469       isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2470     return false;
2471
2472   // Don't do PRE on compares. The PHI would prevent CodeGenPrepare from
2473   // sinking the compare again, and it would force the code generator to
2474   // move the i1 from processor flags or predicate registers into a general
2475   // purpose register.
2476   if (isa<CmpInst>(CurInst))
2477     return false;
2478
2479   // We don't currently value number ANY inline asm calls.
2480   if (CallInst *CallI = dyn_cast<CallInst>(CurInst))
2481     if (CallI->isInlineAsm())
2482       return false;
2483
2484   uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2485
2486   // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2487   // only trying to solve the basic diamond case, where
2488   // a value is computed in the successor and one predecessor,
2489   // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2490   // where the successor is its own predecessor, because they're
2491   // more complicated to get right.
2492   unsigned NumWith = 0;
2493   unsigned NumWithout = 0;
2494   BasicBlock *PREPred = nullptr;
2495   BasicBlock *CurrentBlock = CurInst->getParent();
2496   predMap.clear();
2497
2498   for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock), PE = pred_end(CurrentBlock);
2499        PI != PE; ++PI) {
2500     BasicBlock *P = *PI;
2501     // We're not interested in PRE where the block is its
2502     // own predecessor, or in blocks with predecessors
2503     // that are not reachable.
2504     if (P == CurrentBlock) {
2505       NumWithout = 2;
2506       break;
2507     } else if (!DT->isReachableFromEntry(P)) {
2508       NumWithout = 2;
2509       break;
2510     }
2511
2512     Value *predV = findLeader(P, ValNo);
2513     if (!predV) {
2514       predMap.push_back(std::make_pair(static_cast<Value *>(nullptr), P));
2515       PREPred = P;
2516       ++NumWithout;
2517     } else if (predV == CurInst) {
2518       /* CurInst dominates this predecessor. */
2519       NumWithout = 2;
2520       break;
2521     } else {
2522       predMap.push_back(std::make_pair(predV, P));
2523       ++NumWith;
2524     }
2525   }
2526
2527   // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2528   // we would need to insert instructions in more than one pred.
2529   if (NumWithout > 1 || NumWith == 0)
2530     return false;
2531
2532   // We may have a case where all predecessors have the instruction,
2533   // and we just need to insert a phi node. Otherwise, perform
2534   // insertion.
2535   Instruction *PREInstr = nullptr;
2536
2537   if (NumWithout != 0) {
2538     // Don't do PRE across indirect branch.
2539     if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2540       return false;
2541
2542     // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2543     // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2544     // on the function.
2545     unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2546     if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2547       toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2548       return false;
2549     }
2550     // We need to insert somewhere, so let's give it a shot
2551     PREInstr = CurInst->clone();
2552     if (!performScalarPREInsertion(PREInstr, PREPred, ValNo)) {
2553       // If we failed insertion, make sure we remove the instruction.
2554       DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2555       delete PREInstr;
2556       return false;
2557     }
2558   }
2559
2560   // Either we should have filled in the PRE instruction, or we should
2561   // not have needed insertions.
2562   assert (PREInstr != nullptr || NumWithout == 0);
2563
2564   ++NumGVNPRE;
2565
2566   // Create a PHI to make the value available in this block.
2567   PHINode *Phi =
2568       PHINode::Create(CurInst->getType(), predMap.size(),
2569                       CurInst->getName() + ".pre-phi", CurrentBlock->begin());
2570   for (unsigned i = 0, e = predMap.size(); i != e; ++i) {
2571     if (Value *V = predMap[i].first)
2572       Phi->addIncoming(V, predMap[i].second);
2573     else
2574       Phi->addIncoming(PREInstr, PREPred);
2575   }
2576
2577   VN.add(Phi, ValNo);
2578   addToLeaderTable(ValNo, Phi, CurrentBlock);
2579   Phi->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2580   CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2581   if (Phi->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) {
2582     // Because we have added a PHI-use of the pointer value, it has now
2583     // "escaped" from alias analysis' perspective.  We need to inform
2584     // AA of this.
2585     for (unsigned ii = 0, ee = Phi->getNumIncomingValues(); ii != ee; ++ii) {
2586       unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
2587       VN.getAliasAnalysis()->addEscapingUse(Phi->getOperandUse(jj));
2588     }
2589
2590     if (MD)
2591       MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2592   }
2593   VN.erase(CurInst);
2594   removeFromLeaderTable(ValNo, CurInst, CurrentBlock);
2595
2596   DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2597   if (MD)
2598     MD->removeInstruction(CurInst);
2599   DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2600   CurInst->eraseFromParent();
2601   ++NumGVNInstr;
2602   
2603   return true;
2604 }
2605
2606 /// Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2607 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2608 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2609   bool Changed = false;
2610   for (BasicBlock *CurrentBlock : depth_first(&F.getEntryBlock())) {
2611     // Nothing to PRE in the entry block.
2612     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock())
2613       continue;
2614
2615     // Don't perform PRE on a landing pad.
2616     if (CurrentBlock->isLandingPad())
2617       continue;
2618
2619     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2620                               BE = CurrentBlock->end();
2621          BI != BE;) {
2622       Instruction *CurInst = BI++;
2623       Changed = performScalarPRE(CurInst);
2624     }
2625   }
2626
2627   if (splitCriticalEdges())
2628     Changed = true;
2629
2630   return Changed;
2631 }
2632
2633 /// Split the critical edge connecting the given two blocks, and return
2634 /// the block inserted to the critical edge.
2635 BasicBlock *GVN::splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ) {
2636   BasicBlock *BB = SplitCriticalEdge(
2637       Pred, Succ, CriticalEdgeSplittingOptions(getAliasAnalysis(), DT));
2638   if (MD)
2639     MD->invalidateCachedPredecessors();
2640   return BB;
2641 }
2642
2643 /// Split critical edges found during the previous
2644 /// iteration that may enable further optimization.
2645 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2646   if (toSplit.empty())
2647     return false;
2648   do {
2649     std::pair<TerminatorInst*, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2650     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second,
2651                       CriticalEdgeSplittingOptions(getAliasAnalysis(), DT));
2652   } while (!toSplit.empty());
2653   if (MD) MD->invalidateCachedPredecessors();
2654   return true;
2655 }
2656
2657 /// Executes one iteration of GVN
2658 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2659   cleanupGlobalSets();
2660
2661   // Top-down walk of the dominator tree
2662   bool Changed = false;
2663   // Save the blocks this function have before transformation begins. GVN may
2664   // split critical edge, and hence may invalidate the RPO/DT iterator.
2665   //
2666   std::vector<BasicBlock *> BBVect;
2667   BBVect.reserve(256);
2668   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2669   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
2670   for (ReversePostOrderTraversal<Function *>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2671                                                            RE = RPOT.end();
2672        RI != RE; ++RI)
2673     BBVect.push_back(*RI);
2674
2675   for (std::vector<BasicBlock *>::iterator I = BBVect.begin(), E = BBVect.end();
2676        I != E; I++)
2677     Changed |= processBlock(*I);
2678
2679   return Changed;
2680 }
2681
2682 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2683   VN.clear();
2684   LeaderTable.clear();
2685   TableAllocator.Reset();
2686 }
2687
2688 /// Verify that the specified instruction does not occur in our
2689 /// internal data structures.
2690 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2691   VN.verifyRemoved(Inst);
2692
2693   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2694   // ferreted away in it.
2695   for (DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry>::const_iterator
2696        I = LeaderTable.begin(), E = LeaderTable.end(); I != E; ++I) {
2697     const LeaderTableEntry *Node = &I->second;
2698     assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2699
2700     while (Node->Next) {
2701       Node = Node->Next;
2702       assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2703     }
2704   }
2705 }
2706
2707 /// BB is declared dead, which implied other blocks become dead as well. This
2708 /// function is to add all these blocks to "DeadBlocks". For the dead blocks'
2709 /// live successors, update their phi nodes by replacing the operands
2710 /// corresponding to dead blocks with UndefVal.
2711 void GVN::addDeadBlock(BasicBlock *BB) {
2712   SmallVector<BasicBlock *, 4> NewDead;
2713   SmallSetVector<BasicBlock *, 4> DF;
2714
2715   NewDead.push_back(BB);
2716   while (!NewDead.empty()) {
2717     BasicBlock *D = NewDead.pop_back_val();
2718     if (DeadBlocks.count(D))
2719       continue;
2720
2721     // All blocks dominated by D are dead.
2722     SmallVector<BasicBlock *, 8> Dom;
2723     DT->getDescendants(D, Dom);
2724     DeadBlocks.insert(Dom.begin(), Dom.end());
2725     
2726     // Figure out the dominance-frontier(D).
2727     for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = Dom.begin(),
2728            E = Dom.end(); I != E; I++) {
2729       BasicBlock *B = *I;
2730       for (succ_iterator SI = succ_begin(B), SE = succ_end(B); SI != SE; SI++) {
2731         BasicBlock *S = *SI;
2732         if (DeadBlocks.count(S))
2733           continue;
2734
2735         bool AllPredDead = true;
2736         for (pred_iterator PI = pred_begin(S), PE = pred_end(S); PI != PE; PI++)
2737           if (!DeadBlocks.count(*PI)) {
2738             AllPredDead = false;
2739             break;
2740           }
2741
2742         if (!AllPredDead) {
2743           // S could be proved dead later on. That is why we don't update phi
2744           // operands at this moment.
2745           DF.insert(S);
2746         } else {
2747           // While S is not dominated by D, it is dead by now. This could take
2748           // place if S already have a dead predecessor before D is declared
2749           // dead.
2750           NewDead.push_back(S);
2751         }
2752       }
2753     }
2754   }
2755
2756   // For the dead blocks' live successors, update their phi nodes by replacing
2757   // the operands corresponding to dead blocks with UndefVal.
2758   for(SmallSetVector<BasicBlock *, 4>::iterator I = DF.begin(), E = DF.end();
2759         I != E; I++) {
2760     BasicBlock *B = *I;
2761     if (DeadBlocks.count(B))
2762       continue;
2763
2764     SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds(pred_begin(B), pred_end(B));
2765     for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator PI = Preds.begin(),
2766            PE = Preds.end(); PI != PE; PI++) {
2767       BasicBlock *P = *PI;
2768
2769       if (!DeadBlocks.count(P))
2770         continue;
2771
2772       if (isCriticalEdge(P->getTerminator(), GetSuccessorNumber(P, B))) {
2773         if (BasicBlock *S = splitCriticalEdges(P, B))
2774           DeadBlocks.insert(P = S);
2775       }
2776
2777       for (BasicBlock::iterator II = B->begin(); isa<PHINode>(II); ++II) {
2778         PHINode &Phi = cast<PHINode>(*II);
2779         Phi.setIncomingValue(Phi.getBasicBlockIndex(P),
2780                              UndefValue::get(Phi.getType()));
2781       }
2782     }
2783   }
2784 }
2785
2786 // If the given branch is recognized as a foldable branch (i.e. conditional
2787 // branch with constant condition), it will perform following analyses and
2788 // transformation.
2789 //  1) If the dead out-coming edge is a critical-edge, split it. Let 
2790 //     R be the target of the dead out-coming edge.
2791 //  1) Identify the set of dead blocks implied by the branch's dead outcoming
2792 //     edge. The result of this step will be {X| X is dominated by R}
2793 //  2) Identify those blocks which haves at least one dead prodecessor. The
2794 //     result of this step will be dominance-frontier(R).
2795 //  3) Update the PHIs in DF(R) by replacing the operands corresponding to 
2796 //     dead blocks with "UndefVal" in an hope these PHIs will optimized away.
2797 //
2798 // Return true iff *NEW* dead code are found.
2799 bool GVN::processFoldableCondBr(BranchInst *BI) {
2800   if (!BI || BI->isUnconditional())
2801     return false;
2802
2803   // If a branch has two identical successors, we cannot declare either dead.
2804   if (BI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2805     return false;
2806
2807   ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(BI->getCondition());
2808   if (!Cond)
2809     return false;
2810
2811   BasicBlock *DeadRoot = Cond->getZExtValue() ? 
2812                          BI->getSuccessor(1) : BI->getSuccessor(0);
2813   if (DeadBlocks.count(DeadRoot))
2814     return false;
2815
2816   if (!DeadRoot->getSinglePredecessor())
2817     DeadRoot = splitCriticalEdges(BI->getParent(), DeadRoot);
2818
2819   addDeadBlock(DeadRoot);
2820   return true;
2821 }
2822
2823 // performPRE() will trigger assert if it comes across an instruction without
2824 // associated val-num. As it normally has far more live instructions than dead
2825 // instructions, it makes more sense just to "fabricate" a val-number for the
2826 // dead code than checking if instruction involved is dead or not.
2827 void GVN::assignValNumForDeadCode() {
2828   for (SetVector<BasicBlock *>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
2829         E = DeadBlocks.end(); I != E; I++) {
2830     BasicBlock *BB = *I;
2831     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EE = BB->end();
2832           II != EE; II++) {
2833       Instruction *Inst = &*II;
2834       unsigned ValNum = VN.lookup_or_add(Inst);
2835       addToLeaderTable(ValNum, Inst, BB);
2836     }
2837   }
2838 }