Taken into account Duncan's comments for r149481 dated by 2nd Feb 2012:
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / GVN.cpp
1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs global value numbering to eliminate fully redundant
11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
12 //
13 // Note that this pass does the value numbering itself; it does not use the
14 // ValueNumbering analysis passes.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #define DEBUG_TYPE "gvn"
19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
20 #include "llvm/GlobalVariable.h"
21 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
22 #include "llvm/LLVMContext.h"
23 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
24 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
25 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
26 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
27 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
28 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
29 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
30 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
31 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
32 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
33 #include "llvm/Target/TargetData.h"
34 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
37 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
38 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
39 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
40 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
41 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
42 #include "llvm/Support/Allocator.h"
43 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
44 #include "llvm/Support/Debug.h"
45 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
46 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
47 using namespace llvm;
48 using namespace PatternMatch;
49
50 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
51 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
52 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
53 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
54 STATISTIC(NumGVNSimpl,  "Number of instructions simplified");
55 STATISTIC(NumGVNEqProp, "Number of equalities propagated");
56 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
57
58 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
59                                cl::init(true), cl::Hidden);
60 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
61
62 //===----------------------------------------------------------------------===//
63 //                         ValueTable Class
64 //===----------------------------------------------------------------------===//
65
66 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
67 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
68 /// two values.
69 namespace {
70   struct Expression {
71     uint32_t opcode;
72     Type *type;
73     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
74
75     Expression(uint32_t o = ~2U) : opcode(o) { }
76
77     bool operator==(const Expression &other) const {
78       if (opcode != other.opcode)
79         return false;
80       if (opcode == ~0U || opcode == ~1U)
81         return true;
82       if (type != other.type)
83         return false;
84       if (varargs != other.varargs)
85         return false;
86       return true;
87     }
88
89     friend hash_code hash_value(const Expression &Value) {
90       return hash_combine(Value.opcode, Value.type,
91                           hash_combine_range(Value.varargs.begin(),
92                                              Value.varargs.end()));
93     }
94   };
95
96   class ValueTable {
97     DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
98     DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
99     AliasAnalysis *AA;
100     MemoryDependenceAnalysis *MD;
101     DominatorTree *DT;
102
103     uint32_t nextValueNumber;
104
105     Expression create_expression(Instruction* I);
106     Expression create_cmp_expression(unsigned Opcode,
107                                      CmpInst::Predicate Predicate,
108                                      Value *LHS, Value *RHS);
109     Expression create_extractvalue_expression(ExtractValueInst* EI);
110     uint32_t lookup_or_add_call(CallInst* C);
111   public:
112     ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
113     uint32_t lookup_or_add(Value *V);
114     uint32_t lookup(Value *V) const;
115     uint32_t lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode, CmpInst::Predicate Pred,
116                                Value *LHS, Value *RHS);
117     void add(Value *V, uint32_t num);
118     void clear();
119     void erase(Value *v);
120     void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
121     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
122     void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
123     void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
124     uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
125     void verifyRemoved(const Value *) const;
126   };
127 }
128
129 namespace llvm {
130 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
131   static inline Expression getEmptyKey() {
132     return ~0U;
133   }
134
135   static inline Expression getTombstoneKey() {
136     return ~1U;
137   }
138
139   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
140     using llvm::hash_value;
141     return static_cast<unsigned>(hash_value(e));
142   }
143   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
144     return LHS == RHS;
145   }
146 };
147
148 }
149
150 //===----------------------------------------------------------------------===//
151 //                     ValueTable Internal Functions
152 //===----------------------------------------------------------------------===//
153
154 Expression ValueTable::create_expression(Instruction *I) {
155   Expression e;
156   e.type = I->getType();
157   e.opcode = I->getOpcode();
158   for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
159        OI != OE; ++OI)
160     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
161   if (I->isCommutative()) {
162     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
163     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
164     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
165     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
166     assert(I->getNumOperands() == 2 && "Unsupported commutative instruction!");
167     if (e.varargs[0] > e.varargs[1])
168       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
169   }
170   
171   if (CmpInst *C = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
172     // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
173     CmpInst::Predicate Predicate = C->getPredicate();
174     if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
175       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
176       Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
177     }
178     e.opcode = (C->getOpcode() << 8) | Predicate;
179   } else if (InsertValueInst *E = dyn_cast<InsertValueInst>(I)) {
180     for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
181          II != IE; ++II)
182       e.varargs.push_back(*II);
183   }
184   
185   return e;
186 }
187
188 Expression ValueTable::create_cmp_expression(unsigned Opcode,
189                                              CmpInst::Predicate Predicate,
190                                              Value *LHS, Value *RHS) {
191   assert((Opcode == Instruction::ICmp || Opcode == Instruction::FCmp) &&
192          "Not a comparison!");
193   Expression e;
194   e.type = CmpInst::makeCmpResultType(LHS->getType());
195   e.varargs.push_back(lookup_or_add(LHS));
196   e.varargs.push_back(lookup_or_add(RHS));
197
198   // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
199   if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
200     std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
201     Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
202   }
203   e.opcode = (Opcode << 8) | Predicate;
204   return e;
205 }
206
207 Expression ValueTable::create_extractvalue_expression(ExtractValueInst *EI) {
208   assert(EI != 0 && "Not an ExtractValueInst?");
209   Expression e;
210   e.type = EI->getType();
211   e.opcode = 0;
212
213   IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(EI->getAggregateOperand());
214   if (I != 0 && EI->getNumIndices() == 1 && *EI->idx_begin() == 0 ) {
215     // EI might be an extract from one of our recognised intrinsics. If it
216     // is we'll synthesize a semantically equivalent expression instead on
217     // an extract value expression.
218     switch (I->getIntrinsicID()) {
219       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
220       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
221         e.opcode = Instruction::Add;
222         break;
223       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
224       case Intrinsic::usub_with_overflow:
225         e.opcode = Instruction::Sub;
226         break;
227       case Intrinsic::smul_with_overflow:
228       case Intrinsic::umul_with_overflow:
229         e.opcode = Instruction::Mul;
230         break;
231       default:
232         break;
233     }
234
235     if (e.opcode != 0) {
236       // Intrinsic recognized. Grab its args to finish building the expression.
237       assert(I->getNumArgOperands() == 2 &&
238              "Expect two args for recognised intrinsics.");
239       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(0)));
240       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(1)));
241       return e;
242     }
243   }
244
245   // Not a recognised intrinsic. Fall back to producing an extract value
246   // expression.
247   e.opcode = EI->getOpcode();
248   for (Instruction::op_iterator OI = EI->op_begin(), OE = EI->op_end();
249        OI != OE; ++OI)
250     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
251
252   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = EI->idx_begin(), IE = EI->idx_end();
253          II != IE; ++II)
254     e.varargs.push_back(*II);
255
256   return e;
257 }
258
259 //===----------------------------------------------------------------------===//
260 //                     ValueTable External Functions
261 //===----------------------------------------------------------------------===//
262
263 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
264 void ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
265   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
266 }
267
268 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_call(CallInst* C) {
269   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
270     Expression exp = create_expression(C);
271     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
272     if (!e) e = nextValueNumber++;
273     valueNumbering[C] = e;
274     return e;
275   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
276     Expression exp = create_expression(C);
277     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
278     if (!e) {
279       e = nextValueNumber++;
280       valueNumbering[C] = e;
281       return e;
282     }
283     if (!MD) {
284       e = nextValueNumber++;
285       valueNumbering[C] = e;
286       return e;
287     }
288
289     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
290
291     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
292       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
293       return nextValueNumber++;
294     }
295
296     if (local_dep.isDef()) {
297       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
298
299       if (local_cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
300         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
301         return nextValueNumber++;
302       }
303
304       for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
305         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
306         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getArgOperand(i));
307         if (c_vn != cd_vn) {
308           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
309           return nextValueNumber++;
310         }
311       }
312
313       uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
314       valueNumbering[C] = v;
315       return v;
316     }
317
318     // Non-local case.
319     const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
320       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
321     // FIXME: Move the checking logic to MemDep!
322     CallInst* cdep = 0;
323
324     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
325     // identical to C.
326     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
327       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
328       if (I->getResult().isNonLocal())
329         continue;
330
331       // We don't handle non-definitions.  If we already have a call, reject
332       // instruction dependencies.
333       if (!I->getResult().isDef() || cdep != 0) {
334         cdep = 0;
335         break;
336       }
337
338       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
339       // FIXME: All duplicated with non-local case.
340       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
341         cdep = NonLocalDepCall;
342         continue;
343       }
344
345       cdep = 0;
346       break;
347     }
348
349     if (!cdep) {
350       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
351       return nextValueNumber++;
352     }
353
354     if (cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
355       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
356       return nextValueNumber++;
357     }
358     for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
359       uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
360       uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getArgOperand(i));
361       if (c_vn != cd_vn) {
362         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
363         return nextValueNumber++;
364       }
365     }
366
367     uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
368     valueNumbering[C] = v;
369     return v;
370
371   } else {
372     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
373     return nextValueNumber++;
374   }
375 }
376
377 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
378 /// it a new number if it did not have one before.
379 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value *V) {
380   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
381   if (VI != valueNumbering.end())
382     return VI->second;
383
384   if (!isa<Instruction>(V)) {
385     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
386     return nextValueNumber++;
387   }
388   
389   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
390   Expression exp;
391   switch (I->getOpcode()) {
392     case Instruction::Call:
393       return lookup_or_add_call(cast<CallInst>(I));
394     case Instruction::Add:
395     case Instruction::FAdd:
396     case Instruction::Sub:
397     case Instruction::FSub:
398     case Instruction::Mul:
399     case Instruction::FMul:
400     case Instruction::UDiv:
401     case Instruction::SDiv:
402     case Instruction::FDiv:
403     case Instruction::URem:
404     case Instruction::SRem:
405     case Instruction::FRem:
406     case Instruction::Shl:
407     case Instruction::LShr:
408     case Instruction::AShr:
409     case Instruction::And:
410     case Instruction::Or :
411     case Instruction::Xor:
412     case Instruction::ICmp:
413     case Instruction::FCmp:
414     case Instruction::Trunc:
415     case Instruction::ZExt:
416     case Instruction::SExt:
417     case Instruction::FPToUI:
418     case Instruction::FPToSI:
419     case Instruction::UIToFP:
420     case Instruction::SIToFP:
421     case Instruction::FPTrunc:
422     case Instruction::FPExt:
423     case Instruction::PtrToInt:
424     case Instruction::IntToPtr:
425     case Instruction::BitCast:
426     case Instruction::Select:
427     case Instruction::ExtractElement:
428     case Instruction::InsertElement:
429     case Instruction::ShuffleVector:
430     case Instruction::InsertValue:
431     case Instruction::GetElementPtr:
432       exp = create_expression(I);
433       break;
434     case Instruction::ExtractValue:
435       exp = create_extractvalue_expression(cast<ExtractValueInst>(I));
436       break;
437     default:
438       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
439       return nextValueNumber++;
440   }
441
442   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
443   if (!e) e = nextValueNumber++;
444   valueNumbering[V] = e;
445   return e;
446 }
447
448 /// lookup - Returns the value number of the specified value. Fails if
449 /// the value has not yet been numbered.
450 uint32_t ValueTable::lookup(Value *V) const {
451   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
452   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
453   return VI->second;
454 }
455
456 /// lookup_or_add_cmp - Returns the value number of the given comparison,
457 /// assigning it a new number if it did not have one before.  Useful when
458 /// we deduced the result of a comparison, but don't immediately have an
459 /// instruction realizing that comparison to hand.
460 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode,
461                                        CmpInst::Predicate Predicate,
462                                        Value *LHS, Value *RHS) {
463   Expression exp = create_cmp_expression(Opcode, Predicate, LHS, RHS);
464   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
465   if (!e) e = nextValueNumber++;
466   return e;
467 }
468
469 /// clear - Remove all entries from the ValueTable.
470 void ValueTable::clear() {
471   valueNumbering.clear();
472   expressionNumbering.clear();
473   nextValueNumber = 1;
474 }
475
476 /// erase - Remove a value from the value numbering.
477 void ValueTable::erase(Value *V) {
478   valueNumbering.erase(V);
479 }
480
481 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
482 /// structures.
483 void ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
484   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
485          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
486     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
487   }
488 }
489
490 //===----------------------------------------------------------------------===//
491 //                                GVN Pass
492 //===----------------------------------------------------------------------===//
493
494 namespace {
495
496   class GVN : public FunctionPass {
497     bool NoLoads;
498     MemoryDependenceAnalysis *MD;
499     DominatorTree *DT;
500     const TargetData *TD;
501     const TargetLibraryInfo *TLI;
502
503     ValueTable VN;
504     
505     /// LeaderTable - A mapping from value numbers to lists of Value*'s that
506     /// have that value number.  Use findLeader to query it.
507     struct LeaderTableEntry {
508       Value *Val;
509       BasicBlock *BB;
510       LeaderTableEntry *Next;
511     };
512     DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry> LeaderTable;
513     BumpPtrAllocator TableAllocator;
514     
515     SmallVector<Instruction*, 8> InstrsToErase;
516   public:
517     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
518     explicit GVN(bool noloads = false)
519         : FunctionPass(ID), NoLoads(noloads), MD(0) {
520       initializeGVNPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
521     }
522
523     bool runOnFunction(Function &F);
524     
525     /// markInstructionForDeletion - This removes the specified instruction from
526     /// our various maps and marks it for deletion.
527     void markInstructionForDeletion(Instruction *I) {
528       VN.erase(I);
529       InstrsToErase.push_back(I);
530     }
531     
532     const TargetData *getTargetData() const { return TD; }
533     DominatorTree &getDominatorTree() const { return *DT; }
534     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return VN.getAliasAnalysis(); }
535     MemoryDependenceAnalysis &getMemDep() const { return *MD; }
536   private:
537     /// addToLeaderTable - Push a new Value to the LeaderTable onto the list for
538     /// its value number.
539     void addToLeaderTable(uint32_t N, Value *V, BasicBlock *BB) {
540       LeaderTableEntry &Curr = LeaderTable[N];
541       if (!Curr.Val) {
542         Curr.Val = V;
543         Curr.BB = BB;
544         return;
545       }
546       
547       LeaderTableEntry *Node = TableAllocator.Allocate<LeaderTableEntry>();
548       Node->Val = V;
549       Node->BB = BB;
550       Node->Next = Curr.Next;
551       Curr.Next = Node;
552     }
553     
554     /// removeFromLeaderTable - Scan the list of values corresponding to a given
555     /// value number, and remove the given value if encountered.
556     void removeFromLeaderTable(uint32_t N, Value *V, BasicBlock *BB) {
557       LeaderTableEntry* Prev = 0;
558       LeaderTableEntry* Curr = &LeaderTable[N];
559
560       while (Curr->Val != V || Curr->BB != BB) {
561         Prev = Curr;
562         Curr = Curr->Next;
563       }
564       
565       if (Prev) {
566         Prev->Next = Curr->Next;
567       } else {
568         if (!Curr->Next) {
569           Curr->Val = 0;
570           Curr->BB = 0;
571         } else {
572           LeaderTableEntry* Next = Curr->Next;
573           Curr->Val = Next->Val;
574           Curr->BB = Next->BB;
575           Curr->Next = Next->Next;
576         }
577       }
578     }
579
580     // List of critical edges to be split between iterations.
581     SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
582
583     // This transformation requires dominator postdominator info
584     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
585       AU.addRequired<DominatorTree>();
586       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
587       if (!NoLoads)
588         AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
589       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
590
591       AU.addPreserved<DominatorTree>();
592       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
593     }
594     
595
596     // Helper fuctions
597     // FIXME: eliminate or document these better
598     bool processLoad(LoadInst *L);
599     bool processInstruction(Instruction *I);
600     bool processNonLocalLoad(LoadInst *L);
601     bool processBlock(BasicBlock *BB);
602     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*> &d);
603     bool iterateOnFunction(Function &F);
604     bool performPRE(Function &F);
605     Value *findLeader(BasicBlock *BB, uint32_t num);
606     void cleanupGlobalSets();
607     void verifyRemoved(const Instruction *I) const;
608     bool splitCriticalEdges();
609     unsigned replaceAllDominatedUsesWith(Value *From, Value *To,
610                                          BasicBlock *Root);
611     bool propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS, BasicBlock *Root);
612   };
613
614   char GVN::ID = 0;
615 }
616
617 // createGVNPass - The public interface to this file...
618 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoLoads) {
619   return new GVN(NoLoads);
620 }
621
622 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
623 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
624 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTree)
625 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
626 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
627 INITIALIZE_PASS_END(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
628
629 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
630   errs() << "{\n";
631   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
632        E = d.end(); I != E; ++I) {
633       errs() << I->first << "\n";
634       I->second->dump();
635   }
636   errs() << "}\n";
637 }
638
639 /// IsValueFullyAvailableInBlock - Return true if we can prove that the value
640 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
641 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
642 /// map is actually a tri-state map with the following values:
643 ///   0) we know the block *is not* fully available.
644 ///   1) we know the block *is* fully available.
645 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
646 ///      currently speculating that it will be.
647 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
648 ///      other blocks.
649 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
650                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks) {
651   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
652   // if we already know about this block in one lookup.
653   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
654     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
655
656   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
657   if (!IV.second) {
658     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
659     // speculation of other blocks.
660     if (IV.first->second == 2)
661       IV.first->second = 3;
662     return IV.first->second != 0;
663   }
664
665   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
666   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
667
668   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
669   if (PI == PE)
670     goto SpeculationFailure;
671
672   for (; PI != PE; ++PI)
673     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
674     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
675     // optimistic assumption and bail out.
676     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
677       goto SpeculationFailure;
678
679   return true;
680
681 // SpeculationFailure - If we get here, we found out that this is not, after
682 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
683 // used the speculation to mark other blocks as available.
684 SpeculationFailure:
685   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
686
687   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
688   if (BBVal == 2) {
689     BBVal = 0;
690     return false;
691   }
692
693   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
694   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
695   // 0 if set to one.
696   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
697   BBWorklist.push_back(BB);
698
699   do {
700     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
701     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
702     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
703     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
704     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
705
706     // Mark as unavailable.
707     EntryVal = 0;
708
709     for (succ_iterator I = succ_begin(Entry), E = succ_end(Entry); I != E; ++I)
710       BBWorklist.push_back(*I);
711   } while (!BBWorklist.empty());
712
713   return false;
714 }
715
716
717 /// CanCoerceMustAliasedValueToLoad - Return true if
718 /// CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
719 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
720                                             Type *LoadTy,
721                                             const TargetData &TD) {
722   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
723   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
724   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy() ||
725       StoredVal->getType()->isStructTy() ||
726       StoredVal->getType()->isArrayTy())
727     return false;
728   
729   // The store has to be at least as big as the load.
730   if (TD.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
731         TD.getTypeSizeInBits(LoadTy))
732     return false;
733   
734   return true;
735 }
736   
737
738 /// CoerceAvailableValueToLoadType - If we saw a store of a value to memory, and
739 /// then a load from a must-aliased pointer of a different type, try to coerce
740 /// the stored value.  LoadedTy is the type of the load we want to replace and
741 /// InsertPt is the place to insert new instructions.
742 ///
743 /// If we can't do it, return null.
744 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal, 
745                                              Type *LoadedTy,
746                                              Instruction *InsertPt,
747                                              const TargetData &TD) {
748   if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, TD))
749     return 0;
750   
751   // If this is already the right type, just return it.
752   Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
753   
754   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
755   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
756   
757   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
758   if (StoreSize == LoadSize) {
759     // Pointer to Pointer -> use bitcast.
760     if (StoredValTy->isPointerTy() && LoadedTy->isPointerTy())
761       return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
762     
763     // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
764     if (StoredValTy->isPointerTy()) {
765       StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
766       StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
767     }
768     
769     Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
770     if (TypeToCastTo->isPointerTy())
771       TypeToCastTo = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
772     
773     if (StoredValTy != TypeToCastTo)
774       StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, TypeToCastTo, "", InsertPt);
775     
776     // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
777     if (LoadedTy->isPointerTy())
778       StoredVal = new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
779     
780     return StoredVal;
781   }
782   
783   // If the loaded value is smaller than the available value, then we can
784   // extract out a piece from it.  If the available value is too small, then we
785   // can't do anything.
786   assert(StoreSize >= LoadSize && "CanCoerceMustAliasedValueToLoad fail");
787   
788   // Convert source pointers to integers, which can be manipulated.
789   if (StoredValTy->isPointerTy()) {
790     StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
791     StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
792   }
793   
794   // Convert vectors and fp to integer, which can be manipulated.
795   if (!StoredValTy->isIntegerTy()) {
796     StoredValTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), StoreSize);
797     StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
798   }
799   
800   // If this is a big-endian system, we need to shift the value down to the low
801   // bits so that a truncate will work.
802   if (TD.isBigEndian()) {
803     Constant *Val = ConstantInt::get(StoredVal->getType(), StoreSize-LoadSize);
804     StoredVal = BinaryOperator::CreateLShr(StoredVal, Val, "tmp", InsertPt);
805   }
806   
807   // Truncate the integer to the right size now.
808   Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadSize);
809   StoredVal = new TruncInst(StoredVal, NewIntTy, "trunc", InsertPt);
810   
811   if (LoadedTy == NewIntTy)
812     return StoredVal;
813   
814   // If the result is a pointer, inttoptr.
815   if (LoadedTy->isPointerTy())
816     return new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr", InsertPt);
817   
818   // Otherwise, bitcast.
819   return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "bitcast", InsertPt);
820 }
821
822 /// AnalyzeLoadFromClobberingWrite - This function is called when we have a
823 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
824 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
825 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
826 ///
827 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
828 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
829 /// value of the piece that feeds the load.
830 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
831                                           Value *WritePtr,
832                                           uint64_t WriteSizeInBits,
833                                           const TargetData &TD) {
834   // If the loaded or stored value is a first class array or struct, don't try
835   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
836   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy())
837     return -1;
838   
839   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
840   Value *StoreBase = GetPointerBaseWithConstantOffset(WritePtr, StoreOffset,TD);
841   Value *LoadBase = GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, TD);
842   if (StoreBase != LoadBase)
843     return -1;
844   
845   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
846   // a must alias.  AA must have gotten confused.
847   // FIXME: Study to see if/when this happens.  One case is forwarding a memset
848   // to a load from the base of the memset.
849 #if 0
850   if (LoadOffset == StoreOffset) {
851     dbgs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
852     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
853     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
854     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
855     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
856     abort();
857   }
858 #endif
859   
860   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
861   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
862   // must have gotten confused.
863   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy);
864   
865   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
866     return -1;
867   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
868   LoadSize >>= 3;
869   
870   
871   bool isAAFailure = false;
872   if (StoreOffset < LoadOffset)
873     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
874   else
875     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
876
877   if (isAAFailure) {
878 #if 0
879     dbgs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
880     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
881     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
882     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
883     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
884     abort();
885 #endif
886     return -1;
887   }
888   
889   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
890   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
891   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
892   // valuable.
893   if (StoreOffset > LoadOffset ||
894       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
895     return -1;
896   
897   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
898   // store that the load is.
899   return LoadOffset-StoreOffset;
900 }  
901
902 /// AnalyzeLoadFromClobberingStore - This function is called when we have a
903 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
904 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
905                                           StoreInst *DepSI,
906                                           const TargetData &TD) {
907   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
908   if (DepSI->getValueOperand()->getType()->isStructTy() ||
909       DepSI->getValueOperand()->getType()->isArrayTy())
910     return -1;
911
912   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
913   uint64_t StoreSize =TD.getTypeSizeInBits(DepSI->getValueOperand()->getType());
914   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
915                                         StorePtr, StoreSize, TD);
916 }
917
918 /// AnalyzeLoadFromClobberingLoad - This function is called when we have a
919 /// memdep query of a load that ends up being clobbered by another load.  See if
920 /// the other load can feed into the second load.
921 static int AnalyzeLoadFromClobberingLoad(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
922                                          LoadInst *DepLI, const TargetData &TD){
923   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
924   if (DepLI->getType()->isStructTy() || DepLI->getType()->isArrayTy())
925     return -1;
926   
927   Value *DepPtr = DepLI->getPointerOperand();
928   uint64_t DepSize = TD.getTypeSizeInBits(DepLI->getType());
929   int R = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, DepSize, TD);
930   if (R != -1) return R;
931   
932   // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this load,
933   // then we should widen it!
934   int64_t LoadOffs = 0;
935   const Value *LoadBase =
936     GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffs, TD);
937   unsigned LoadSize = TD.getTypeStoreSize(LoadTy);
938   
939   unsigned Size = MemoryDependenceAnalysis::
940     getLoadLoadClobberFullWidthSize(LoadBase, LoadOffs, LoadSize, DepLI, TD);
941   if (Size == 0) return -1;
942   
943   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, Size*8, TD);
944 }
945
946
947
948 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
949                                             MemIntrinsic *MI,
950                                             const TargetData &TD) {
951   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
952   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
953   if (SizeCst == 0) return -1;
954   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
955
956   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
957   // of the memset..
958   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
959     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
960                                           MemSizeInBits, TD);
961   
962   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
963   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
964   // constant memory.
965   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
966   
967   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
968   if (Src == 0) return -1;
969   
970   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GetUnderlyingObject(Src, &TD));
971   if (GV == 0 || !GV->isConstant()) return -1;
972   
973   // See if the access is within the bounds of the transfer.
974   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
975                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, TD);
976   if (Offset == -1)
977     return Offset;
978   
979   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
980   // offset applied as appropriate.
981   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
982                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
983   Constant *OffsetCst = 
984     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
985   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, OffsetCst);
986   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
987   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD))
988     return Offset;
989   return -1;
990 }
991                                             
992
993 /// GetStoreValueForLoad - This function is called when we have a
994 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
995 /// that the store provides bits used by the load but we the pointers don't
996 /// mustalias.  Check this case to see if there is anything more we can do
997 /// before we give up.
998 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
999                                    Type *LoadTy,
1000                                    Instruction *InsertPt, const TargetData &TD){
1001   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1002   
1003   uint64_t StoreSize = (TD.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) + 7) / 8;
1004   uint64_t LoadSize = (TD.getTypeSizeInBits(LoadTy) + 7) / 8;
1005   
1006   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1007   
1008   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1009   // to an integer type to start with.
1010   if (SrcVal->getType()->isPointerTy())
1011     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal, TD.getIntPtrType(Ctx));
1012   if (!SrcVal->getType()->isIntegerTy())
1013     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8));
1014   
1015   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1016   unsigned ShiftAmt;
1017   if (TD.isLittleEndian())
1018     ShiftAmt = Offset*8;
1019   else
1020     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1021   
1022   if (ShiftAmt)
1023     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt);
1024   
1025   if (LoadSize != StoreSize)
1026     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1027   
1028   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, InsertPt, TD);
1029 }
1030
1031 /// GetLoadValueForLoad - This function is called when we have a
1032 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering load.  This means
1033 /// that the load *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1034 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1035 /// anything more we can do before we give up.
1036 static Value *GetLoadValueForLoad(LoadInst *SrcVal, unsigned Offset,
1037                                   Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1038                                   GVN &gvn) {
1039   const TargetData &TD = *gvn.getTargetData();
1040   // If Offset+LoadTy exceeds the size of SrcVal, then we must be wanting to
1041   // widen SrcVal out to a larger load.
1042   unsigned SrcValSize = TD.getTypeStoreSize(SrcVal->getType());
1043   unsigned LoadSize = TD.getTypeStoreSize(LoadTy);
1044   if (Offset+LoadSize > SrcValSize) {
1045     assert(SrcVal->isSimple() && "Cannot widen volatile/atomic load!");
1046     assert(SrcVal->getType()->isIntegerTy() && "Can't widen non-integer load");
1047     // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this
1048     // load, then we should widen it to the next power of 2 size big enough!
1049     unsigned NewLoadSize = Offset+LoadSize;
1050     if (!isPowerOf2_32(NewLoadSize))
1051       NewLoadSize = NextPowerOf2(NewLoadSize);
1052
1053     Value *PtrVal = SrcVal->getPointerOperand();
1054     
1055     // Insert the new load after the old load.  This ensures that subsequent
1056     // memdep queries will find the new load.  We can't easily remove the old
1057     // load completely because it is already in the value numbering table.
1058     IRBuilder<> Builder(SrcVal->getParent(), ++BasicBlock::iterator(SrcVal));
1059     Type *DestPTy = 
1060       IntegerType::get(LoadTy->getContext(), NewLoadSize*8);
1061     DestPTy = PointerType::get(DestPTy, 
1062                        cast<PointerType>(PtrVal->getType())->getAddressSpace());
1063     Builder.SetCurrentDebugLocation(SrcVal->getDebugLoc());
1064     PtrVal = Builder.CreateBitCast(PtrVal, DestPTy);
1065     LoadInst *NewLoad = Builder.CreateLoad(PtrVal);
1066     NewLoad->takeName(SrcVal);
1067     NewLoad->setAlignment(SrcVal->getAlignment());
1068
1069     DEBUG(dbgs() << "GVN WIDENED LOAD: " << *SrcVal << "\n");
1070     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *NewLoad << "\n");
1071     
1072     // Replace uses of the original load with the wider load.  On a big endian
1073     // system, we need to shift down to get the relevant bits.
1074     Value *RV = NewLoad;
1075     if (TD.isBigEndian())
1076       RV = Builder.CreateLShr(RV,
1077                     NewLoadSize*8-SrcVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
1078     RV = Builder.CreateTrunc(RV, SrcVal->getType());
1079     SrcVal->replaceAllUsesWith(RV);
1080     
1081     // We would like to use gvn.markInstructionForDeletion here, but we can't
1082     // because the load is already memoized into the leader map table that GVN
1083     // tracks.  It is potentially possible to remove the load from the table,
1084     // but then there all of the operations based on it would need to be
1085     // rehashed.  Just leave the dead load around.
1086     gvn.getMemDep().removeInstruction(SrcVal);
1087     SrcVal = NewLoad;
1088   }
1089   
1090   return GetStoreValueForLoad(SrcVal, Offset, LoadTy, InsertPt, TD);
1091 }
1092
1093
1094 /// GetMemInstValueForLoad - This function is called when we have a
1095 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1096 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1097                                      Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1098                                      const TargetData &TD){
1099   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1100   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1101
1102   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1103   
1104   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1105   // provides the bits for the load.
1106   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1107     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1108     // independently of what the offset is.
1109     Value *Val = MSI->getValue();
1110     if (LoadSize != 1)
1111       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1112     
1113     Value *OneElt = Val;
1114     
1115     // Splat the value out to the right number of bits.
1116     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1117       // If we can double the number of bytes set, do it.
1118       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1119         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1120         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1121         NumBytesSet <<= 1;
1122         continue;
1123       }
1124       
1125       // Otherwise insert one byte at a time.
1126       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1127       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1128       ++NumBytesSet;
1129     }
1130     
1131     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, InsertPt, TD);
1132   }
1133  
1134   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1135   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1136   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1137
1138   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1139   // offset applied as appropriate.
1140   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1141                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
1142   Constant *OffsetCst = 
1143   ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1144   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, OffsetCst);
1145   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
1146   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD);
1147 }
1148
1149 namespace {
1150
1151 struct AvailableValueInBlock {
1152   /// BB - The basic block in question.
1153   BasicBlock *BB;
1154   enum ValType {
1155     SimpleVal,  // A simple offsetted value that is accessed.
1156     LoadVal,    // A value produced by a load.
1157     MemIntrin   // A memory intrinsic which is loaded from.
1158   };
1159   
1160   /// V - The value that is live out of the block.
1161   PointerIntPair<Value *, 2, ValType> Val;
1162   
1163   /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
1164   unsigned Offset;
1165   
1166   static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
1167                                    unsigned Offset = 0) {
1168     AvailableValueInBlock Res;
1169     Res.BB = BB;
1170     Res.Val.setPointer(V);
1171     Res.Val.setInt(SimpleVal);
1172     Res.Offset = Offset;
1173     return Res;
1174   }
1175
1176   static AvailableValueInBlock getMI(BasicBlock *BB, MemIntrinsic *MI,
1177                                      unsigned Offset = 0) {
1178     AvailableValueInBlock Res;
1179     Res.BB = BB;
1180     Res.Val.setPointer(MI);
1181     Res.Val.setInt(MemIntrin);
1182     Res.Offset = Offset;
1183     return Res;
1184   }
1185   
1186   static AvailableValueInBlock getLoad(BasicBlock *BB, LoadInst *LI,
1187                                        unsigned Offset = 0) {
1188     AvailableValueInBlock Res;
1189     Res.BB = BB;
1190     Res.Val.setPointer(LI);
1191     Res.Val.setInt(LoadVal);
1192     Res.Offset = Offset;
1193     return Res;
1194   }
1195
1196   bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
1197   bool isCoercedLoadValue() const { return Val.getInt() == LoadVal; }
1198   bool isMemIntrinValue() const { return Val.getInt() == MemIntrin; }
1199
1200   Value *getSimpleValue() const {
1201     assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
1202     return Val.getPointer();
1203   }
1204   
1205   LoadInst *getCoercedLoadValue() const {
1206     assert(isCoercedLoadValue() && "Wrong accessor");
1207     return cast<LoadInst>(Val.getPointer());
1208   }
1209   
1210   MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
1211     assert(isMemIntrinValue() && "Wrong accessor");
1212     return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
1213   }
1214   
1215   /// MaterializeAdjustedValue - Emit code into this block to adjust the value
1216   /// defined here to the specified type.  This handles various coercion cases.
1217   Value *MaterializeAdjustedValue(Type *LoadTy, GVN &gvn) const {
1218     Value *Res;
1219     if (isSimpleValue()) {
1220       Res = getSimpleValue();
1221       if (Res->getType() != LoadTy) {
1222         const TargetData *TD = gvn.getTargetData();
1223         assert(TD && "Need target data to handle type mismatch case");
1224         Res = GetStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1225                                    *TD);
1226         
1227         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1228                      << *getSimpleValue() << '\n'
1229                      << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1230       }
1231     } else if (isCoercedLoadValue()) {
1232       LoadInst *Load = getCoercedLoadValue();
1233       if (Load->getType() == LoadTy && Offset == 0) {
1234         Res = Load;
1235       } else {
1236         Res = GetLoadValueForLoad(Load, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1237                                   gvn);
1238         
1239         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL LOAD:\nOffset: " << Offset << "  "
1240                      << *getCoercedLoadValue() << '\n'
1241                      << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1242       }
1243     } else {
1244       const TargetData *TD = gvn.getTargetData();
1245       assert(TD && "Need target data to handle type mismatch case");
1246       Res = GetMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset,
1247                                    LoadTy, BB->getTerminator(), *TD);
1248       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1249                    << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
1250                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1251     }
1252     return Res;
1253   }
1254 };
1255
1256 } // end anonymous namespace
1257
1258 /// ConstructSSAForLoadSet - Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1259 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1260 /// that should be used at LI's definition site.
1261 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI, 
1262                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1263                                      GVN &gvn) {
1264   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
1265   // just use the dominating value directly.
1266   if (ValuesPerBlock.size() == 1 && 
1267       gvn.getDominatorTree().properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB,
1268                                                LI->getParent()))
1269     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI->getType(), gvn);
1270
1271   // Otherwise, we have to construct SSA form.
1272   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1273   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1274   SSAUpdate.Initialize(LI->getType(), LI->getName());
1275   
1276   Type *LoadTy = LI->getType();
1277   
1278   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1279     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1280     BasicBlock *BB = AV.BB;
1281     
1282     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1283       continue;
1284
1285     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LoadTy, gvn));
1286   }
1287   
1288   // Perform PHI construction.
1289   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1290   
1291   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1292   if (V->getType()->isPointerTy()) {
1293     AliasAnalysis *AA = gvn.getAliasAnalysis();
1294     
1295     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
1296       AA->copyValue(LI, NewPHIs[i]);
1297     
1298     // Now that we've copied information to the new PHIs, scan through
1299     // them again and inform alias analysis that we've added potentially
1300     // escaping uses to any values that are operands to these PHIs.
1301     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i) {
1302       PHINode *P = NewPHIs[i];
1303       for (unsigned ii = 0, ee = P->getNumIncomingValues(); ii != ee; ++ii) {
1304         unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
1305         AA->addEscapingUse(P->getOperandUse(jj));
1306       }
1307     }
1308   }
1309
1310   return V;
1311 }
1312
1313 static bool isLifetimeStart(const Instruction *Inst) {
1314   if (const IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1315     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1316   return false;
1317 }
1318
1319 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1320 /// non-local by performing PHI construction.
1321 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI) {
1322   // Find the non-local dependencies of the load.
1323   SmallVector<NonLocalDepResult, 64> Deps;
1324   AliasAnalysis::Location Loc = VN.getAliasAnalysis()->getLocation(LI);
1325   MD->getNonLocalPointerDependency(Loc, true, LI->getParent(), Deps);
1326   //DEBUG(dbgs() << "INVESTIGATING NONLOCAL LOAD: "
1327   //             << Deps.size() << *LI << '\n');
1328
1329   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1330   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1331   // it will be too expensive.
1332   unsigned NumDeps = Deps.size();
1333   if (NumDeps > 100)
1334     return false;
1335
1336   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1337   // clobber in the current block.  Reject this early.
1338   if (NumDeps == 1 &&
1339       !Deps[0].getResult().isDef() && !Deps[0].getResult().isClobber()) {
1340     DEBUG(
1341       dbgs() << "GVN: non-local load ";
1342       WriteAsOperand(dbgs(), LI);
1343       dbgs() << " has unknown dependencies\n";
1344     );
1345     return false;
1346   }
1347
1348   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1349   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1350   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1351   // that could potentially clobber the load).
1352   SmallVector<AvailableValueInBlock, 64> ValuesPerBlock;
1353   SmallVector<BasicBlock*, 64> UnavailableBlocks;
1354
1355   for (unsigned i = 0, e = NumDeps; i != e; ++i) {
1356     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1357     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1358
1359     if (!DepInfo.isDef() && !DepInfo.isClobber()) {
1360       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1361       continue;
1362     }
1363
1364     if (DepInfo.isClobber()) {
1365       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1366       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1367       // to consider the right address.
1368       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1369       
1370       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1371       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1372       // stored value.
1373       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1374         if (TD && Address) {
1375           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address,
1376                                                       DepSI, *TD);
1377           if (Offset != -1) {
1378             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1379                                                        DepSI->getValueOperand(),
1380                                                                 Offset));
1381             continue;
1382           }
1383         }
1384       }
1385       
1386       // Check to see if we have something like this:
1387       //    load i32* P
1388       //    load i8* (P+1)
1389       // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1390       if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInfo.getInst())) {
1391         // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1392         // we have the first instruction in the entry block.
1393         if (DepLI != LI && Address && TD) {
1394           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(LI->getType(),
1395                                                      LI->getPointerOperand(),
1396                                                      DepLI, *TD);
1397           
1398           if (Offset != -1) {
1399             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB,DepLI,
1400                                                                     Offset));
1401             continue;
1402           }
1403         }
1404       }
1405
1406       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1407       // forward a value on from it.
1408       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1409         if (TD && Address) {
1410           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1411                                                         DepMI, *TD);
1412           if (Offset != -1) {
1413             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1414                                                                   Offset));
1415             continue;
1416           }            
1417         }
1418       }
1419       
1420       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1421       continue;
1422     }
1423
1424     // DepInfo.isDef() here
1425
1426     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1427
1428     // Loading the allocation -> undef.
1429     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst) ||
1430         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1431         isLifetimeStart(DepInst)) {
1432       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1433                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1434       continue;
1435     }
1436     
1437     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1438       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1439       // different types if we have to.
1440       if (S->getValueOperand()->getType() != LI->getType()) {
1441         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1442         // reuse it.
1443         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getValueOperand(),
1444                                                         LI->getType(), *TD)) {
1445           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1446           continue;
1447         }
1448       }
1449
1450       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1451                                                          S->getValueOperand()));
1452       continue;
1453     }
1454     
1455     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1456       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1457       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1458         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1459         // reuse it.
1460         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(),*TD)){
1461           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1462           continue;
1463         }          
1464       }
1465       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB, LD));
1466       continue;
1467     }
1468     
1469     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1470     continue;
1471   }
1472
1473   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1474   // early.
1475   if (ValuesPerBlock.empty()) return false;
1476
1477   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1478   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1479   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1480   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1481     DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1482     
1483     // Perform PHI construction.
1484     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1485     LI->replaceAllUsesWith(V);
1486
1487     if (isa<PHINode>(V))
1488       V->takeName(LI);
1489     if (V->getType()->isPointerTy())
1490       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1491     markInstructionForDeletion(LI);
1492     ++NumGVNLoad;
1493     return true;
1494   }
1495
1496   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1497     return false;
1498
1499   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1500   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1501   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1502   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1503   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1504   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1505   // the load, not inserting a new one).
1506
1507   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers;
1508   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1509     Blockers.insert(UnavailableBlocks[i]);
1510
1511   // Let's find the first basic block with more than one predecessor.  Walk
1512   // backwards through predecessors if needed.
1513   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1514   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1515
1516   bool isSinglePred = false;
1517   bool allSingleSucc = true;
1518   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1519     isSinglePred = true;
1520     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1521     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1522       return false;
1523     if (Blockers.count(TmpBB))
1524       return false;
1525     
1526     // If any of these blocks has more than one successor (i.e. if the edge we
1527     // just traversed was critical), then there are other paths through this 
1528     // block along which the load may not be anticipated.  Hoisting the load 
1529     // above this block would be adding the load to execution paths along
1530     // which it was not previously executed.
1531     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1532       return false;
1533   }
1534
1535   assert(TmpBB);
1536   LoadBB = TmpBB;
1537
1538   // FIXME: It is extremely unclear what this loop is doing, other than
1539   // artificially restricting loadpre.
1540   if (isSinglePred) {
1541     bool isHot = false;
1542     for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1543       const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1544       if (AV.isSimpleValue())
1545         // "Hot" Instruction is in some loop (because it dominates its dep.
1546         // instruction).
1547         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(AV.getSimpleValue()))
1548           if (DT->dominates(LI, I)) {
1549             isHot = true;
1550             break;
1551           }
1552     }
1553
1554     // We are interested only in "hot" instructions. We don't want to do any
1555     // mis-optimizations here.
1556     if (!isHot)
1557       return false;
1558   }
1559
1560   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1561   // available.
1562   DenseMap<BasicBlock*, Value*> PredLoads;
1563   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1564   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1565     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1566   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1567     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1568
1569   SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> NeedToSplit;
1570   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1571        PI != E; ++PI) {
1572     BasicBlock *Pred = *PI;
1573     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks)) {
1574       continue;
1575     }
1576     PredLoads[Pred] = 0;
1577
1578     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1579       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1580         DEBUG(dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1581               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1582         return false;
1583       }
1584
1585       if (LoadBB->isLandingPad()) {
1586         DEBUG(dbgs()
1587               << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF LANDING PAD CRITICAL EDGE '"
1588               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1589         return false;
1590       }
1591
1592       unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(Pred, LoadBB);
1593       NeedToSplit.push_back(std::make_pair(Pred->getTerminator(), SuccNum));
1594     }
1595   }
1596
1597   if (!NeedToSplit.empty()) {
1598     toSplit.append(NeedToSplit.begin(), NeedToSplit.end());
1599     return false;
1600   }
1601
1602   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1603   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size();
1604   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1605          "Fully available value should be eliminated above!");
1606   
1607   // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1608   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1609   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1610   // that one block.
1611   if (NumUnavailablePreds != 1)
1612       return false;
1613
1614   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1615   bool CanDoPRE = true;
1616   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1617   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = PredLoads.begin(),
1618          E = PredLoads.end(); I != E; ++I) {
1619     BasicBlock *UnavailablePred = I->first;
1620
1621     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1622     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1623
1624     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1625     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1626     // pointer if it is not available.
1627     PHITransAddr Address(LI->getPointerOperand(), TD);
1628     Value *LoadPtr = 0;
1629     if (allSingleSucc) {
1630       LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1631                                                   *DT, NewInsts);
1632     } else {
1633       Address.PHITranslateValue(LoadBB, UnavailablePred, DT);
1634       LoadPtr = Address.getAddr();
1635     }
1636
1637     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1638     // we fail PRE.
1639     if (LoadPtr == 0) {
1640       DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1641             << *LI->getPointerOperand() << "\n");
1642       CanDoPRE = false;
1643       break;
1644     }
1645
1646     // Make sure it is valid to move this load here.  We have to watch out for:
1647     //  @1 = getelementptr (i8* p, ...
1648     //  test p and branch if == 0
1649     //  load @1
1650     // It is valid to have the getelementptr before the test, even if p can
1651     // be 0, as getelementptr only does address arithmetic.
1652     // If we are not pushing the value through any multiple-successor blocks
1653     // we do not have this case.  Otherwise, check that the load is safe to
1654     // put anywhere; this can be improved, but should be conservatively safe.
1655     if (!allSingleSucc &&
1656         // FIXME: REEVALUTE THIS.
1657         !isSafeToLoadUnconditionally(LoadPtr,
1658                                      UnavailablePred->getTerminator(),
1659                                      LI->getAlignment(), TD)) {
1660       CanDoPRE = false;
1661       break;
1662     }
1663
1664     I->second = LoadPtr;
1665   }
1666
1667   if (!CanDoPRE) {
1668     while (!NewInsts.empty()) {
1669       Instruction *I = NewInsts.pop_back_val();
1670       if (MD) MD->removeInstruction(I);
1671       I->eraseFromParent();
1672     }
1673     return false;
1674   }
1675
1676   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1677   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1678   // it.
1679   DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1680   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1681           dbgs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1682                  << *NewInsts.back() << '\n');
1683   
1684   // Assign value numbers to the new instructions.
1685   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1686     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their 
1687     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1688     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1689     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1690     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1691   }
1692
1693   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = PredLoads.begin(),
1694          E = PredLoads.end(); I != E; ++I) {
1695     BasicBlock *UnavailablePred = I->first;
1696     Value *LoadPtr = I->second;
1697
1698     Instruction *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1699                                         LI->getAlignment(),
1700                                         UnavailablePred->getTerminator());
1701
1702     // Transfer the old load's TBAA tag to the new load.
1703     if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa))
1704       NewLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1705
1706     // Transfer DebugLoc.
1707     NewLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1708
1709     // Add the newly created load.
1710     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1711                                                         NewLoad));
1712     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1713     DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1714   }
1715
1716   // Perform PHI construction.
1717   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1718   LI->replaceAllUsesWith(V);
1719   if (isa<PHINode>(V))
1720     V->takeName(LI);
1721   if (V->getType()->isPointerTy())
1722     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1723   markInstructionForDeletion(LI);
1724   ++NumPRELoad;
1725   return true;
1726 }
1727
1728 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1729 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1730 bool GVN::processLoad(LoadInst *L) {
1731   if (!MD)
1732     return false;
1733
1734   if (!L->isSimple())
1735     return false;
1736
1737   if (L->use_empty()) {
1738     markInstructionForDeletion(L);
1739     return true;
1740   }
1741   
1742   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1743   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1744
1745   // If we have a clobber and target data is around, see if this is a clobber
1746   // that we can fix up through code synthesis.
1747   if (Dep.isClobber() && TD) {
1748     // Check to see if we have something like this:
1749     //   store i32 123, i32* %P
1750     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1751     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1752     //   %C = load i8* %B
1753     //
1754     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1755     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1756     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1757     // access code.
1758     Value *AvailVal = 0;
1759     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst())) {
1760       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(L->getType(),
1761                                                   L->getPointerOperand(),
1762                                                   DepSI, *TD);
1763       if (Offset != -1)
1764         AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getValueOperand(), Offset,
1765                                         L->getType(), L, *TD);
1766     }
1767     
1768     // Check to see if we have something like this:
1769     //    load i32* P
1770     //    load i8* (P+1)
1771     // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1772     if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(Dep.getInst())) {
1773       // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1774       // we have the first instruction in the entry block.
1775       if (DepLI == L)
1776         return false;
1777       
1778       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(L->getType(),
1779                                                  L->getPointerOperand(),
1780                                                  DepLI, *TD);
1781       if (Offset != -1)
1782         AvailVal = GetLoadValueForLoad(DepLI, Offset, L->getType(), L, *this);
1783     }
1784     
1785     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1786     // a value on from it.
1787     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1788       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(L->getType(),
1789                                                     L->getPointerOperand(),
1790                                                     DepMI, *TD);
1791       if (Offset != -1)
1792         AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L, *TD);
1793     }
1794         
1795     if (AvailVal) {
1796       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1797             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1798       
1799       // Replace the load!
1800       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1801       if (AvailVal->getType()->isPointerTy())
1802         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1803       markInstructionForDeletion(L);
1804       ++NumGVNLoad;
1805       return true;
1806     }
1807   }
1808   
1809   // If the value isn't available, don't do anything!
1810   if (Dep.isClobber()) {
1811     DEBUG(
1812       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1813       dbgs() << "GVN: load ";
1814       WriteAsOperand(dbgs(), L);
1815       Instruction *I = Dep.getInst();
1816       dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1817     );
1818     return false;
1819   }
1820
1821   // If it is defined in another block, try harder.
1822   if (Dep.isNonLocal())
1823     return processNonLocalLoad(L);
1824
1825   if (!Dep.isDef()) {
1826     DEBUG(
1827       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1828       dbgs() << "GVN: load ";
1829       WriteAsOperand(dbgs(), L);
1830       dbgs() << " has unknown dependence\n";
1831     );
1832     return false;
1833   }
1834
1835   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1836   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1837     Value *StoredVal = DepSI->getValueOperand();
1838     
1839     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1840     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1841     // value (depending on its type).
1842     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1843       if (TD) {
1844         StoredVal = CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(),
1845                                                    L, *TD);
1846         if (StoredVal == 0)
1847           return false;
1848         
1849         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1850                      << '\n' << *L << "\n\n\n");
1851       }
1852       else 
1853         return false;
1854     }
1855
1856     // Remove it!
1857     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1858     if (StoredVal->getType()->isPointerTy())
1859       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1860     markInstructionForDeletion(L);
1861     ++NumGVNLoad;
1862     return true;
1863   }
1864
1865   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1866     Value *AvailableVal = DepLI;
1867     
1868     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1869     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1870     // (depending on its type).
1871     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1872       if (TD) {
1873         AvailableVal = CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(),
1874                                                       L, *TD);
1875         if (AvailableVal == 0)
1876           return false;
1877       
1878         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1879                      << "\n" << *L << "\n\n\n");
1880       }
1881       else 
1882         return false;
1883     }
1884     
1885     // Remove it!
1886     L->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
1887     if (DepLI->getType()->isPointerTy())
1888       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1889     markInstructionForDeletion(L);
1890     ++NumGVNLoad;
1891     return true;
1892   }
1893
1894   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1895   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1896   // intervening stores, for example.
1897   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst)) {
1898     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1899     markInstructionForDeletion(L);
1900     ++NumGVNLoad;
1901     return true;
1902   }
1903   
1904   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1905   // then the loaded value is undefined.
1906   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1907     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1908       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1909       markInstructionForDeletion(L);
1910       ++NumGVNLoad;
1911       return true;
1912     }
1913   }
1914
1915   return false;
1916 }
1917
1918 // findLeader - In order to find a leader for a given value number at a 
1919 // specific basic block, we first obtain the list of all Values for that number,
1920 // and then scan the list to find one whose block dominates the block in 
1921 // question.  This is fast because dominator tree queries consist of only
1922 // a few comparisons of DFS numbers.
1923 Value *GVN::findLeader(BasicBlock *BB, uint32_t num) {
1924   LeaderTableEntry Vals = LeaderTable[num];
1925   if (!Vals.Val) return 0;
1926   
1927   Value *Val = 0;
1928   if (DT->dominates(Vals.BB, BB)) {
1929     Val = Vals.Val;
1930     if (isa<Constant>(Val)) return Val;
1931   }
1932   
1933   LeaderTableEntry* Next = Vals.Next;
1934   while (Next) {
1935     if (DT->dominates(Next->BB, BB)) {
1936       if (isa<Constant>(Next->Val)) return Next->Val;
1937       if (!Val) Val = Next->Val;
1938     }
1939     
1940     Next = Next->Next;
1941   }
1942
1943   return Val;
1944 }
1945
1946 /// replaceAllDominatedUsesWith - Replace all uses of 'From' with 'To' if the
1947 /// use is dominated by the given basic block.  Returns the number of uses that
1948 /// were replaced.
1949 unsigned GVN::replaceAllDominatedUsesWith(Value *From, Value *To,
1950                                           BasicBlock *Root) {
1951   unsigned Count = 0;
1952   for (Value::use_iterator UI = From->use_begin(), UE = From->use_end();
1953        UI != UE; ) {
1954     Use &U = (UI++).getUse();
1955
1956     // If From occurs as a phi node operand then the use implicitly lives in the
1957     // corresponding incoming block.  Otherwise it is the block containing the
1958     // user that must be dominated by Root.
1959     BasicBlock *UsingBlock;
1960     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U.getUser()))
1961       UsingBlock = PN->getIncomingBlock(U);
1962     else
1963       UsingBlock = cast<Instruction>(U.getUser())->getParent();
1964
1965     if (DT->dominates(Root, UsingBlock)) {
1966       U.set(To);
1967       ++Count;
1968     }
1969   }
1970   return Count;
1971 }
1972
1973 /// propagateEquality - The given values are known to be equal in every block
1974 /// dominated by 'Root'.  Exploit this, for example by replacing 'LHS' with
1975 /// 'RHS' everywhere in the scope.  Returns whether a change was made.
1976 bool GVN::propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS, BasicBlock *Root) {
1977   if (LHS == RHS) return false;
1978   assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "Equal but types differ!");
1979
1980   // Don't try to propagate equalities between constants.
1981   if (isa<Constant>(LHS) && isa<Constant>(RHS))
1982     return false;
1983
1984   // Prefer a constant on the right-hand side, or an Argument if no constants.
1985   if (isa<Constant>(LHS) || (isa<Argument>(LHS) && !isa<Constant>(RHS)))
1986     std::swap(LHS, RHS);
1987   assert((isa<Argument>(LHS) || isa<Instruction>(LHS)) && "Unexpected value!");
1988
1989   // If there is no obvious reason to prefer the left-hand side over the right-
1990   // hand side, ensure the longest lived term is on the right-hand side, so the
1991   // shortest lived term will be replaced by the longest lived.  This tends to
1992   // expose more simplifications.
1993   uint32_t LVN = VN.lookup_or_add(LHS);
1994   if ((isa<Argument>(LHS) && isa<Argument>(RHS)) ||
1995       (isa<Instruction>(LHS) && isa<Instruction>(RHS))) {
1996     // Move the 'oldest' value to the right-hand side, using the value number as
1997     // a proxy for age.
1998     uint32_t RVN = VN.lookup_or_add(RHS);
1999     if (LVN < RVN) {
2000       std::swap(LHS, RHS);
2001       LVN = RVN;
2002     }
2003   }
2004
2005   // If value numbering later deduces that an instruction in the scope is equal
2006   // to 'LHS' then ensure it will be turned into 'RHS'.
2007   addToLeaderTable(LVN, RHS, Root);
2008
2009   // Replace all occurrences of 'LHS' with 'RHS' everywhere in the scope.  As
2010   // LHS always has at least one use that is not dominated by Root, this will
2011   // never do anything if LHS has only one use.
2012   bool Changed = false;
2013   if (!LHS->hasOneUse()) {
2014     unsigned NumReplacements = replaceAllDominatedUsesWith(LHS, RHS, Root);
2015     Changed |= NumReplacements > 0;
2016     NumGVNEqProp += NumReplacements;
2017   }
2018
2019   // Now try to deduce additional equalities from this one.  For example, if the
2020   // known equality was "(A != B)" == "false" then it follows that A and B are
2021   // equal in the scope.  Only boolean equalities with an explicit true or false
2022   // RHS are currently supported.
2023   if (!RHS->getType()->isIntegerTy(1))
2024     // Not a boolean equality - bail out.
2025     return Changed;
2026   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2027   if (!CI)
2028     // RHS neither 'true' nor 'false' - bail out.
2029     return Changed;
2030   // Whether RHS equals 'true'.  Otherwise it equals 'false'.
2031   bool isKnownTrue = CI->isAllOnesValue();
2032   bool isKnownFalse = !isKnownTrue;
2033
2034   // If "A && B" is known true then both A and B are known true.  If "A || B"
2035   // is known false then both A and B are known false.
2036   Value *A, *B;
2037   if ((isKnownTrue && match(LHS, m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) ||
2038       (isKnownFalse && match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))))) {
2039     Changed |= propagateEquality(A, RHS, Root);
2040     Changed |= propagateEquality(B, RHS, Root);
2041     return Changed;
2042   }
2043
2044   // If we are propagating an equality like "(A == B)" == "true" then also
2045   // propagate the equality A == B.  When propagating a comparison such as
2046   // "(A >= B)" == "true", replace all instances of "A < B" with "false".
2047   if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(LHS)) {
2048     Value *Op0 = Cmp->getOperand(0), *Op1 = Cmp->getOperand(1);
2049
2050     // If "A == B" is known true, or "A != B" is known false, then replace
2051     // A with B everywhere in the scope.
2052     if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ) ||
2053         (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE))
2054       Changed |= propagateEquality(Op0, Op1, Root);
2055
2056     // If "A >= B" is known true, replace "A < B" with false everywhere.
2057     CmpInst::Predicate NotPred = Cmp->getInversePredicate();
2058     Constant *NotVal = ConstantInt::get(Cmp->getType(), isKnownFalse);
2059     // Since we don't have the instruction "A < B" immediately to hand, work out
2060     // the value number that it would have and use that to find an appropriate
2061     // instruction (if any).
2062     uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2063     uint32_t Num = VN.lookup_or_add_cmp(Cmp->getOpcode(), NotPred, Op0, Op1);
2064     // If the number we were assigned was brand new then there is no point in
2065     // looking for an instruction realizing it: there cannot be one!
2066     if (Num < NextNum) {
2067       Value *NotCmp = findLeader(Root, Num);
2068       if (NotCmp && isa<Instruction>(NotCmp)) {
2069         unsigned NumReplacements =
2070           replaceAllDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, Root);
2071         Changed |= NumReplacements > 0;
2072         NumGVNEqProp += NumReplacements;
2073       }
2074     }
2075     // Ensure that any instruction in scope that gets the "A < B" value number
2076     // is replaced with false.
2077     addToLeaderTable(Num, NotVal, Root);
2078
2079     return Changed;
2080   }
2081
2082   return Changed;
2083 }
2084
2085 /// isOnlyReachableViaThisEdge - There is an edge from 'Src' to 'Dst'.  Return
2086 /// true if every path from the entry block to 'Dst' passes via this edge.  In
2087 /// particular 'Dst' must not be reachable via another edge from 'Src'.
2088 static bool isOnlyReachableViaThisEdge(BasicBlock *Src, BasicBlock *Dst,
2089                                        DominatorTree *DT) {
2090   // While in theory it is interesting to consider the case in which Dst has
2091   // more than one predecessor, because Dst might be part of a loop which is
2092   // only reachable from Src, in practice it is pointless since at the time
2093   // GVN runs all such loops have preheaders, which means that Dst will have
2094   // been changed to have only one predecessor, namely Src.
2095   BasicBlock *Pred = Dst->getSinglePredecessor();
2096   assert((!Pred || Pred == Src) && "No edge between these basic blocks!");
2097   (void)Src;
2098   return Pred != 0;
2099 }
2100
2101 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
2102 /// by inserting it into the appropriate sets
2103 bool GVN::processInstruction(Instruction *I) {
2104   // Ignore dbg info intrinsics.
2105   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2106     return false;
2107
2108   // If the instruction can be easily simplified then do so now in preference
2109   // to value numbering it.  Value numbering often exposes redundancies, for
2110   // example if it determines that %y is equal to %x then the instruction
2111   // "%z = and i32 %x, %y" becomes "%z = and i32 %x, %x" which we now simplify.
2112   if (Value *V = SimplifyInstruction(I, TD, TLI, DT)) {
2113     I->replaceAllUsesWith(V);
2114     if (MD && V->getType()->isPointerTy())
2115       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
2116     markInstructionForDeletion(I);
2117     ++NumGVNSimpl;
2118     return true;
2119   }
2120
2121   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
2122     if (processLoad(LI))
2123       return true;
2124
2125     unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
2126     addToLeaderTable(Num, LI, LI->getParent());
2127     return false;
2128   }
2129
2130   // For conditional branches, we can perform simple conditional propagation on
2131   // the condition value itself.
2132   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
2133     if (!BI->isConditional() || isa<Constant>(BI->getCondition()))
2134       return false;
2135
2136     Value *BranchCond = BI->getCondition();
2137
2138     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
2139     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
2140     BasicBlock *Parent = BI->getParent();
2141     bool Changed = false;
2142
2143     if (isOnlyReachableViaThisEdge(Parent, TrueSucc, DT))
2144       Changed |= propagateEquality(BranchCond,
2145                                    ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext()),
2146                                    TrueSucc);
2147
2148     if (isOnlyReachableViaThisEdge(Parent, FalseSucc, DT))
2149       Changed |= propagateEquality(BranchCond,
2150                                    ConstantInt::getFalse(FalseSucc->getContext()),
2151                                    FalseSucc);
2152
2153     return Changed;
2154   }
2155
2156   // For switches, propagate the case values into the case destinations.
2157   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(I)) {
2158     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
2159     BasicBlock *Parent = SI->getParent();
2160     bool Changed = false;
2161     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->caseBegin(), e = SI->caseEnd();
2162          i != e; ++i) {
2163       BasicBlock *Dst = i.getCaseSuccessor();
2164       if (isOnlyReachableViaThisEdge(Parent, Dst, DT))
2165         Changed |= propagateEquality(SwitchCond, i.getCaseValue(), Dst);
2166     }
2167     return Changed;
2168   }
2169
2170   // Instructions with void type don't return a value, so there's
2171   // no point in trying to find redundancies in them.
2172   if (I->getType()->isVoidTy()) return false;
2173   
2174   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2175   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
2176
2177   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
2178   // by fast failing them.
2179   if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I) || isa<PHINode>(I)) {
2180     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2181     return false;
2182   }
2183
2184   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
2185   // need to do a lookup to see if the number already exists
2186   // somewhere in the domtree: it can't!
2187   if (Num >= NextNum) {
2188     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2189     return false;
2190   }
2191   
2192   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
2193   // dominators.
2194   Value *repl = findLeader(I->getParent(), Num);
2195   if (repl == 0) {
2196     // Failure, just remember this instance for future use.
2197     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2198     return false;
2199   }
2200   
2201   // Remove it!
2202   I->replaceAllUsesWith(repl);
2203   if (MD && repl->getType()->isPointerTy())
2204     MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
2205   markInstructionForDeletion(I);
2206   return true;
2207 }
2208
2209 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
2210 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
2211   if (!NoLoads)
2212     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
2213   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2214   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
2215   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2216   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
2217   VN.setMemDep(MD);
2218   VN.setDomTree(DT);
2219
2220   bool Changed = false;
2221   bool ShouldContinue = true;
2222
2223   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2224   // optimization opportunities.
2225   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2226     BasicBlock *BB = FI++;
2227     
2228     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, this);
2229     if (removedBlock) ++NumGVNBlocks;
2230
2231     Changed |= removedBlock;
2232   }
2233
2234   unsigned Iteration = 0;
2235   while (ShouldContinue) {
2236     DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2237     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2238     if (splitCriticalEdges())
2239       ShouldContinue = true;
2240     Changed |= ShouldContinue;
2241     ++Iteration;
2242   }
2243
2244   if (EnablePRE) {
2245     bool PREChanged = true;
2246     while (PREChanged) {
2247       PREChanged = performPRE(F);
2248       Changed |= PREChanged;
2249     }
2250   }
2251   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2252   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2253   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2254   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2255
2256   cleanupGlobalSets();
2257
2258   return Changed;
2259 }
2260
2261
2262 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2263   // FIXME: Kill off InstrsToErase by doing erasing eagerly in a helper function
2264   // (and incrementing BI before processing an instruction).
2265   assert(InstrsToErase.empty() &&
2266          "We expect InstrsToErase to be empty across iterations");
2267   bool ChangedFunction = false;
2268
2269   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2270        BI != BE;) {
2271     ChangedFunction |= processInstruction(BI);
2272     if (InstrsToErase.empty()) {
2273       ++BI;
2274       continue;
2275     }
2276
2277     // If we need some instructions deleted, do it now.
2278     NumGVNInstr += InstrsToErase.size();
2279
2280     // Avoid iterator invalidation.
2281     bool AtStart = BI == BB->begin();
2282     if (!AtStart)
2283       --BI;
2284
2285     for (SmallVector<Instruction*, 4>::iterator I = InstrsToErase.begin(),
2286          E = InstrsToErase.end(); I != E; ++I) {
2287       DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2288       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2289       (*I)->eraseFromParent();
2290       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2291     }
2292     InstrsToErase.clear();
2293
2294     if (AtStart)
2295       BI = BB->begin();
2296     else
2297       ++BI;
2298   }
2299
2300   return ChangedFunction;
2301 }
2302
2303 /// performPRE - Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2304 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2305 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2306   bool Changed = false;
2307   DenseMap<BasicBlock*, Value*> predMap;
2308   for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(&F.getEntryBlock()),
2309        DE = df_end(&F.getEntryBlock()); DI != DE; ++DI) {
2310     BasicBlock *CurrentBlock = *DI;
2311
2312     // Nothing to PRE in the entry block.
2313     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock()) continue;
2314
2315     // Don't perform PRE on a landing pad.
2316     if (CurrentBlock->isLandingPad()) continue;
2317
2318     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2319          BE = CurrentBlock->end(); BI != BE; ) {
2320       Instruction *CurInst = BI++;
2321
2322       if (isa<AllocaInst>(CurInst) ||
2323           isa<TerminatorInst>(CurInst) || isa<PHINode>(CurInst) ||
2324           CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2325           CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2326           isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2327         continue;
2328       
2329       // We don't currently value number ANY inline asm calls.
2330       if (CallInst *CallI = dyn_cast<CallInst>(CurInst))
2331         if (CallI->isInlineAsm())
2332           continue;
2333
2334       uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2335
2336       // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2337       // only trying to solve the basic diamond case, where
2338       // a value is computed in the successor and one predecessor,
2339       // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2340       // where the successor is its own predecessor, because they're
2341       // more complicated to get right.
2342       unsigned NumWith = 0;
2343       unsigned NumWithout = 0;
2344       BasicBlock *PREPred = 0;
2345       predMap.clear();
2346
2347       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2348            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI) {
2349         BasicBlock *P = *PI;
2350         // We're not interested in PRE where the block is its
2351         // own predecessor, or in blocks with predecessors
2352         // that are not reachable.
2353         if (P == CurrentBlock) {
2354           NumWithout = 2;
2355           break;
2356         } else if (!DT->dominates(&F.getEntryBlock(), P))  {
2357           NumWithout = 2;
2358           break;
2359         }
2360
2361         Value* predV = findLeader(P, ValNo);
2362         if (predV == 0) {
2363           PREPred = P;
2364           ++NumWithout;
2365         } else if (predV == CurInst) {
2366           NumWithout = 2;
2367         } else {
2368           predMap[P] = predV;
2369           ++NumWith;
2370         }
2371       }
2372
2373       // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2374       // we would need to insert instructions in more than one pred.
2375       if (NumWithout != 1 || NumWith == 0)
2376         continue;
2377       
2378       // Don't do PRE across indirect branch.
2379       if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2380         continue;
2381
2382       // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2383       // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2384       // on the function.
2385       unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2386       if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2387         toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2388         continue;
2389       }
2390
2391       // Instantiate the expression in the predecessor that lacked it.
2392       // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2393       // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2394       // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2395       // in this loop.
2396       Instruction *PREInstr = CurInst->clone();
2397       bool success = true;
2398       for (unsigned i = 0, e = CurInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2399         Value *Op = PREInstr->getOperand(i);
2400         if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2401           continue;
2402
2403         if (Value *V = findLeader(PREPred, VN.lookup(Op))) {
2404           PREInstr->setOperand(i, V);
2405         } else {
2406           success = false;
2407           break;
2408         }
2409       }
2410
2411       // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2412       // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2413       // are not value numbered precisely.
2414       if (!success) {
2415         delete PREInstr;
2416         DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2417         continue;
2418       }
2419
2420       PREInstr->insertBefore(PREPred->getTerminator());
2421       PREInstr->setName(CurInst->getName() + ".pre");
2422       PREInstr->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2423       predMap[PREPred] = PREInstr;
2424       VN.add(PREInstr, ValNo);
2425       ++NumGVNPRE;
2426
2427       // Update the availability map to include the new instruction.
2428       addToLeaderTable(ValNo, PREInstr, PREPred);
2429
2430       // Create a PHI to make the value available in this block.
2431       pred_iterator PB = pred_begin(CurrentBlock), PE = pred_end(CurrentBlock);
2432       PHINode* Phi = PHINode::Create(CurInst->getType(), std::distance(PB, PE),
2433                                      CurInst->getName() + ".pre-phi",
2434                                      CurrentBlock->begin());
2435       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2436         BasicBlock *P = *PI;
2437         Phi->addIncoming(predMap[P], P);
2438       }
2439
2440       VN.add(Phi, ValNo);
2441       addToLeaderTable(ValNo, Phi, CurrentBlock);
2442       Phi->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2443       CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2444       if (Phi->getType()->isPointerTy()) {
2445         // Because we have added a PHI-use of the pointer value, it has now
2446         // "escaped" from alias analysis' perspective.  We need to inform
2447         // AA of this.
2448         for (unsigned ii = 0, ee = Phi->getNumIncomingValues(); ii != ee;
2449              ++ii) {
2450           unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
2451           VN.getAliasAnalysis()->addEscapingUse(Phi->getOperandUse(jj));
2452         }
2453         
2454         if (MD)
2455           MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2456       }
2457       VN.erase(CurInst);
2458       removeFromLeaderTable(ValNo, CurInst, CurrentBlock);
2459
2460       DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2461       if (MD) MD->removeInstruction(CurInst);
2462       CurInst->eraseFromParent();
2463       DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2464       Changed = true;
2465     }
2466   }
2467
2468   if (splitCriticalEdges())
2469     Changed = true;
2470
2471   return Changed;
2472 }
2473
2474 /// splitCriticalEdges - Split critical edges found during the previous
2475 /// iteration that may enable further optimization.
2476 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2477   if (toSplit.empty())
2478     return false;
2479   do {
2480     std::pair<TerminatorInst*, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2481     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second, this);
2482   } while (!toSplit.empty());
2483   if (MD) MD->invalidateCachedPredecessors();
2484   return true;
2485 }
2486
2487 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
2488 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2489   cleanupGlobalSets();
2490   
2491   // Top-down walk of the dominator tree
2492   bool Changed = false;
2493 #if 0
2494   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2495   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
2496   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2497        RE = RPOT.end(); RI != RE; ++RI)
2498     Changed |= processBlock(*RI);
2499 #else
2500   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2501        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI)
2502     Changed |= processBlock(DI->getBlock());
2503 #endif
2504
2505   return Changed;
2506 }
2507
2508 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2509   VN.clear();
2510   LeaderTable.clear();
2511   TableAllocator.Reset();
2512 }
2513
2514 /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur in our
2515 /// internal data structures.
2516 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2517   VN.verifyRemoved(Inst);
2518
2519   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2520   // ferreted away in it.
2521   for (DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry>::const_iterator
2522        I = LeaderTable.begin(), E = LeaderTable.end(); I != E; ++I) {
2523     const LeaderTableEntry *Node = &I->second;
2524     assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2525     
2526     while (Node->Next) {
2527       Node = Node->Next;
2528       assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2529     }
2530   }
2531 }