GVN: use a static array instead of regenerating it each time. NFC.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / GVN.cpp
1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs global value numbering to eliminate fully redundant
11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
12 //
13 // Note that this pass does the value numbering itself; it does not use the
14 // ValueNumbering analysis passes.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
19 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
20 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
21 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
22 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
23 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
24 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
26 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
27 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
28 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
29 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
30 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
31 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
34 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
35 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
36 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
37 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
38 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
39 #include "llvm/IR/Dominators.h"
40 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
41 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
42 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
43 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
44 #include "llvm/IR/Metadata.h"
45 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
46 #include "llvm/Support/Allocator.h"
47 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
48 #include "llvm/Support/Debug.h"
49 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
50 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
51 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
52 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
53 #include <vector>
54 using namespace llvm;
55 using namespace PatternMatch;
56
57 #define DEBUG_TYPE "gvn"
58
59 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
60 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
61 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
62 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
63 STATISTIC(NumGVNSimpl,  "Number of instructions simplified");
64 STATISTIC(NumGVNEqProp, "Number of equalities propagated");
65 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
66
67 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
68                                cl::init(true), cl::Hidden);
69 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
70
71 // Maximum allowed recursion depth.
72 static cl::opt<uint32_t>
73 MaxRecurseDepth("max-recurse-depth", cl::Hidden, cl::init(1000), cl::ZeroOrMore,
74                 cl::desc("Max recurse depth (default = 1000)"));
75
76 //===----------------------------------------------------------------------===//
77 //                         ValueTable Class
78 //===----------------------------------------------------------------------===//
79
80 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
81 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
82 /// two values.
83 namespace {
84   struct Expression {
85     uint32_t opcode;
86     Type *type;
87     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
88
89     Expression(uint32_t o = ~2U) : opcode(o) { }
90
91     bool operator==(const Expression &other) const {
92       if (opcode != other.opcode)
93         return false;
94       if (opcode == ~0U || opcode == ~1U)
95         return true;
96       if (type != other.type)
97         return false;
98       if (varargs != other.varargs)
99         return false;
100       return true;
101     }
102
103     friend hash_code hash_value(const Expression &Value) {
104       return hash_combine(Value.opcode, Value.type,
105                           hash_combine_range(Value.varargs.begin(),
106                                              Value.varargs.end()));
107     }
108   };
109
110   class ValueTable {
111     DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
112     DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
113     AliasAnalysis *AA;
114     MemoryDependenceAnalysis *MD;
115     DominatorTree *DT;
116
117     uint32_t nextValueNumber;
118
119     Expression create_expression(Instruction* I);
120     Expression create_cmp_expression(unsigned Opcode,
121                                      CmpInst::Predicate Predicate,
122                                      Value *LHS, Value *RHS);
123     Expression create_extractvalue_expression(ExtractValueInst* EI);
124     uint32_t lookup_or_add_call(CallInst* C);
125   public:
126     ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
127     uint32_t lookup_or_add(Value *V);
128     uint32_t lookup(Value *V) const;
129     uint32_t lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode, CmpInst::Predicate Pred,
130                                Value *LHS, Value *RHS);
131     void add(Value *V, uint32_t num);
132     void clear();
133     void erase(Value *v);
134     void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
135     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
136     void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
137     void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
138     uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
139     void verifyRemoved(const Value *) const;
140   };
141 }
142
143 namespace llvm {
144 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
145   static inline Expression getEmptyKey() {
146     return ~0U;
147   }
148
149   static inline Expression getTombstoneKey() {
150     return ~1U;
151   }
152
153   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
154     using llvm::hash_value;
155     return static_cast<unsigned>(hash_value(e));
156   }
157   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
158     return LHS == RHS;
159   }
160 };
161
162 }
163
164 //===----------------------------------------------------------------------===//
165 //                     ValueTable Internal Functions
166 //===----------------------------------------------------------------------===//
167
168 Expression ValueTable::create_expression(Instruction *I) {
169   Expression e;
170   e.type = I->getType();
171   e.opcode = I->getOpcode();
172   for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
173        OI != OE; ++OI)
174     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
175   if (I->isCommutative()) {
176     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
177     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
178     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
179     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
180     assert(I->getNumOperands() == 2 && "Unsupported commutative instruction!");
181     if (e.varargs[0] > e.varargs[1])
182       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
183   }
184
185   if (CmpInst *C = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
186     // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
187     CmpInst::Predicate Predicate = C->getPredicate();
188     if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
189       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
190       Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
191     }
192     e.opcode = (C->getOpcode() << 8) | Predicate;
193   } else if (InsertValueInst *E = dyn_cast<InsertValueInst>(I)) {
194     for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
195          II != IE; ++II)
196       e.varargs.push_back(*II);
197   }
198
199   return e;
200 }
201
202 Expression ValueTable::create_cmp_expression(unsigned Opcode,
203                                              CmpInst::Predicate Predicate,
204                                              Value *LHS, Value *RHS) {
205   assert((Opcode == Instruction::ICmp || Opcode == Instruction::FCmp) &&
206          "Not a comparison!");
207   Expression e;
208   e.type = CmpInst::makeCmpResultType(LHS->getType());
209   e.varargs.push_back(lookup_or_add(LHS));
210   e.varargs.push_back(lookup_or_add(RHS));
211
212   // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
213   if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
214     std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
215     Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
216   }
217   e.opcode = (Opcode << 8) | Predicate;
218   return e;
219 }
220
221 Expression ValueTable::create_extractvalue_expression(ExtractValueInst *EI) {
222   assert(EI && "Not an ExtractValueInst?");
223   Expression e;
224   e.type = EI->getType();
225   e.opcode = 0;
226
227   IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(EI->getAggregateOperand());
228   if (I != nullptr && EI->getNumIndices() == 1 && *EI->idx_begin() == 0 ) {
229     // EI might be an extract from one of our recognised intrinsics. If it
230     // is we'll synthesize a semantically equivalent expression instead on
231     // an extract value expression.
232     switch (I->getIntrinsicID()) {
233       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
234       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
235         e.opcode = Instruction::Add;
236         break;
237       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
238       case Intrinsic::usub_with_overflow:
239         e.opcode = Instruction::Sub;
240         break;
241       case Intrinsic::smul_with_overflow:
242       case Intrinsic::umul_with_overflow:
243         e.opcode = Instruction::Mul;
244         break;
245       default:
246         break;
247     }
248
249     if (e.opcode != 0) {
250       // Intrinsic recognized. Grab its args to finish building the expression.
251       assert(I->getNumArgOperands() == 2 &&
252              "Expect two args for recognised intrinsics.");
253       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(0)));
254       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(1)));
255       return e;
256     }
257   }
258
259   // Not a recognised intrinsic. Fall back to producing an extract value
260   // expression.
261   e.opcode = EI->getOpcode();
262   for (Instruction::op_iterator OI = EI->op_begin(), OE = EI->op_end();
263        OI != OE; ++OI)
264     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
265
266   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = EI->idx_begin(), IE = EI->idx_end();
267          II != IE; ++II)
268     e.varargs.push_back(*II);
269
270   return e;
271 }
272
273 //===----------------------------------------------------------------------===//
274 //                     ValueTable External Functions
275 //===----------------------------------------------------------------------===//
276
277 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
278 void ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
279   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
280 }
281
282 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_call(CallInst *C) {
283   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
284     Expression exp = create_expression(C);
285     uint32_t &e = expressionNumbering[exp];
286     if (!e) e = nextValueNumber++;
287     valueNumbering[C] = e;
288     return e;
289   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
290     Expression exp = create_expression(C);
291     uint32_t &e = expressionNumbering[exp];
292     if (!e) {
293       e = nextValueNumber++;
294       valueNumbering[C] = e;
295       return e;
296     }
297     if (!MD) {
298       e = nextValueNumber++;
299       valueNumbering[C] = e;
300       return e;
301     }
302
303     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
304
305     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
306       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
307       return nextValueNumber++;
308     }
309
310     if (local_dep.isDef()) {
311       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
312
313       if (local_cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
314         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
315         return nextValueNumber++;
316       }
317
318       for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
319         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
320         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getArgOperand(i));
321         if (c_vn != cd_vn) {
322           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
323           return nextValueNumber++;
324         }
325       }
326
327       uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
328       valueNumbering[C] = v;
329       return v;
330     }
331
332     // Non-local case.
333     const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
334       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
335     // FIXME: Move the checking logic to MemDep!
336     CallInst* cdep = nullptr;
337
338     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
339     // identical to C.
340     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
341       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
342       if (I->getResult().isNonLocal())
343         continue;
344
345       // We don't handle non-definitions.  If we already have a call, reject
346       // instruction dependencies.
347       if (!I->getResult().isDef() || cdep != nullptr) {
348         cdep = nullptr;
349         break;
350       }
351
352       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
353       // FIXME: All duplicated with non-local case.
354       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
355         cdep = NonLocalDepCall;
356         continue;
357       }
358
359       cdep = nullptr;
360       break;
361     }
362
363     if (!cdep) {
364       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
365       return nextValueNumber++;
366     }
367
368     if (cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
369       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
370       return nextValueNumber++;
371     }
372     for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
373       uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
374       uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getArgOperand(i));
375       if (c_vn != cd_vn) {
376         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
377         return nextValueNumber++;
378       }
379     }
380
381     uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
382     valueNumbering[C] = v;
383     return v;
384
385   } else {
386     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
387     return nextValueNumber++;
388   }
389 }
390
391 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
392 /// it a new number if it did not have one before.
393 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value *V) {
394   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
395   if (VI != valueNumbering.end())
396     return VI->second;
397
398   if (!isa<Instruction>(V)) {
399     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
400     return nextValueNumber++;
401   }
402
403   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
404   Expression exp;
405   switch (I->getOpcode()) {
406     case Instruction::Call:
407       return lookup_or_add_call(cast<CallInst>(I));
408     case Instruction::Add:
409     case Instruction::FAdd:
410     case Instruction::Sub:
411     case Instruction::FSub:
412     case Instruction::Mul:
413     case Instruction::FMul:
414     case Instruction::UDiv:
415     case Instruction::SDiv:
416     case Instruction::FDiv:
417     case Instruction::URem:
418     case Instruction::SRem:
419     case Instruction::FRem:
420     case Instruction::Shl:
421     case Instruction::LShr:
422     case Instruction::AShr:
423     case Instruction::And:
424     case Instruction::Or:
425     case Instruction::Xor:
426     case Instruction::ICmp:
427     case Instruction::FCmp:
428     case Instruction::Trunc:
429     case Instruction::ZExt:
430     case Instruction::SExt:
431     case Instruction::FPToUI:
432     case Instruction::FPToSI:
433     case Instruction::UIToFP:
434     case Instruction::SIToFP:
435     case Instruction::FPTrunc:
436     case Instruction::FPExt:
437     case Instruction::PtrToInt:
438     case Instruction::IntToPtr:
439     case Instruction::BitCast:
440     case Instruction::Select:
441     case Instruction::ExtractElement:
442     case Instruction::InsertElement:
443     case Instruction::ShuffleVector:
444     case Instruction::InsertValue:
445     case Instruction::GetElementPtr:
446       exp = create_expression(I);
447       break;
448     case Instruction::ExtractValue:
449       exp = create_extractvalue_expression(cast<ExtractValueInst>(I));
450       break;
451     default:
452       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
453       return nextValueNumber++;
454   }
455
456   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
457   if (!e) e = nextValueNumber++;
458   valueNumbering[V] = e;
459   return e;
460 }
461
462 /// Returns the value number of the specified value. Fails if
463 /// the value has not yet been numbered.
464 uint32_t ValueTable::lookup(Value *V) const {
465   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
466   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
467   return VI->second;
468 }
469
470 /// Returns the value number of the given comparison,
471 /// assigning it a new number if it did not have one before.  Useful when
472 /// we deduced the result of a comparison, but don't immediately have an
473 /// instruction realizing that comparison to hand.
474 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode,
475                                        CmpInst::Predicate Predicate,
476                                        Value *LHS, Value *RHS) {
477   Expression exp = create_cmp_expression(Opcode, Predicate, LHS, RHS);
478   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
479   if (!e) e = nextValueNumber++;
480   return e;
481 }
482
483 /// Remove all entries from the ValueTable.
484 void ValueTable::clear() {
485   valueNumbering.clear();
486   expressionNumbering.clear();
487   nextValueNumber = 1;
488 }
489
490 /// Remove a value from the value numbering.
491 void ValueTable::erase(Value *V) {
492   valueNumbering.erase(V);
493 }
494
495 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
496 /// structures.
497 void ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
498   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
499          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
500     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
501   }
502 }
503
504 //===----------------------------------------------------------------------===//
505 //                                GVN Pass
506 //===----------------------------------------------------------------------===//
507
508 namespace {
509   class GVN;
510   struct AvailableValueInBlock {
511     /// BB - The basic block in question.
512     BasicBlock *BB;
513     enum ValType {
514       SimpleVal,  // A simple offsetted value that is accessed.
515       LoadVal,    // A value produced by a load.
516       MemIntrin,  // A memory intrinsic which is loaded from.
517       UndefVal    // A UndefValue representing a value from dead block (which
518                   // is not yet physically removed from the CFG). 
519     };
520   
521     /// V - The value that is live out of the block.
522     PointerIntPair<Value *, 2, ValType> Val;
523   
524     /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
525     unsigned Offset;
526   
527     static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
528                                      unsigned Offset = 0) {
529       AvailableValueInBlock Res;
530       Res.BB = BB;
531       Res.Val.setPointer(V);
532       Res.Val.setInt(SimpleVal);
533       Res.Offset = Offset;
534       return Res;
535     }
536   
537     static AvailableValueInBlock getMI(BasicBlock *BB, MemIntrinsic *MI,
538                                        unsigned Offset = 0) {
539       AvailableValueInBlock Res;
540       Res.BB = BB;
541       Res.Val.setPointer(MI);
542       Res.Val.setInt(MemIntrin);
543       Res.Offset = Offset;
544       return Res;
545     }
546   
547     static AvailableValueInBlock getLoad(BasicBlock *BB, LoadInst *LI,
548                                          unsigned Offset = 0) {
549       AvailableValueInBlock Res;
550       Res.BB = BB;
551       Res.Val.setPointer(LI);
552       Res.Val.setInt(LoadVal);
553       Res.Offset = Offset;
554       return Res;
555     }
556
557     static AvailableValueInBlock getUndef(BasicBlock *BB) {
558       AvailableValueInBlock Res;
559       Res.BB = BB;
560       Res.Val.setPointer(nullptr);
561       Res.Val.setInt(UndefVal);
562       Res.Offset = 0;
563       return Res;
564     }
565
566     bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
567     bool isCoercedLoadValue() const { return Val.getInt() == LoadVal; }
568     bool isMemIntrinValue() const { return Val.getInt() == MemIntrin; }
569     bool isUndefValue() const { return Val.getInt() == UndefVal; }
570   
571     Value *getSimpleValue() const {
572       assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
573       return Val.getPointer();
574     }
575   
576     LoadInst *getCoercedLoadValue() const {
577       assert(isCoercedLoadValue() && "Wrong accessor");
578       return cast<LoadInst>(Val.getPointer());
579     }
580   
581     MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
582       assert(isMemIntrinValue() && "Wrong accessor");
583       return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
584     }
585   
586     /// Emit code into this block to adjust the value defined here to the
587     /// specified type. This handles various coercion cases.
588     Value *MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI, GVN &gvn) const;
589   };
590
591   class GVN : public FunctionPass {
592     bool NoLoads;
593     MemoryDependenceAnalysis *MD;
594     DominatorTree *DT;
595     const TargetLibraryInfo *TLI;
596     AssumptionCache *AC;
597     SetVector<BasicBlock *> DeadBlocks;
598
599     ValueTable VN;
600
601     /// A mapping from value numbers to lists of Value*'s that
602     /// have that value number.  Use findLeader to query it.
603     struct LeaderTableEntry {
604       Value *Val;
605       const BasicBlock *BB;
606       LeaderTableEntry *Next;
607     };
608     DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry> LeaderTable;
609     BumpPtrAllocator TableAllocator;
610
611     SmallVector<Instruction*, 8> InstrsToErase;
612
613     typedef SmallVector<NonLocalDepResult, 64> LoadDepVect;
614     typedef SmallVector<AvailableValueInBlock, 64> AvailValInBlkVect;
615     typedef SmallVector<BasicBlock*, 64> UnavailBlkVect;
616
617   public:
618     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
619     explicit GVN(bool noloads = false)
620         : FunctionPass(ID), NoLoads(noloads), MD(nullptr) {
621       initializeGVNPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
622     }
623
624     bool runOnFunction(Function &F) override;
625
626     /// This removes the specified instruction from
627     /// our various maps and marks it for deletion.
628     void markInstructionForDeletion(Instruction *I) {
629       VN.erase(I);
630       InstrsToErase.push_back(I);
631     }
632
633     DominatorTree &getDominatorTree() const { return *DT; }
634     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return VN.getAliasAnalysis(); }
635     MemoryDependenceAnalysis &getMemDep() const { return *MD; }
636   private:
637     /// Push a new Value to the LeaderTable onto the list for its value number.
638     void addToLeaderTable(uint32_t N, Value *V, const BasicBlock *BB) {
639       LeaderTableEntry &Curr = LeaderTable[N];
640       if (!Curr.Val) {
641         Curr.Val = V;
642         Curr.BB = BB;
643         return;
644       }
645
646       LeaderTableEntry *Node = TableAllocator.Allocate<LeaderTableEntry>();
647       Node->Val = V;
648       Node->BB = BB;
649       Node->Next = Curr.Next;
650       Curr.Next = Node;
651     }
652
653     /// Scan the list of values corresponding to a given
654     /// value number, and remove the given instruction if encountered.
655     void removeFromLeaderTable(uint32_t N, Instruction *I, BasicBlock *BB) {
656       LeaderTableEntry* Prev = nullptr;
657       LeaderTableEntry* Curr = &LeaderTable[N];
658
659       while (Curr && (Curr->Val != I || Curr->BB != BB)) {
660         Prev = Curr;
661         Curr = Curr->Next;
662       }
663
664       if (!Curr)
665         return;
666
667       if (Prev) {
668         Prev->Next = Curr->Next;
669       } else {
670         if (!Curr->Next) {
671           Curr->Val = nullptr;
672           Curr->BB = nullptr;
673         } else {
674           LeaderTableEntry* Next = Curr->Next;
675           Curr->Val = Next->Val;
676           Curr->BB = Next->BB;
677           Curr->Next = Next->Next;
678         }
679       }
680     }
681
682     // List of critical edges to be split between iterations.
683     SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
684
685     // This transformation requires dominator postdominator info
686     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
687       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
688       AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
689       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
690       if (!NoLoads)
691         AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
692       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
693
694       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
695       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
696     }
697
698
699     // Helper fuctions of redundant load elimination 
700     bool processLoad(LoadInst *L);
701     bool processNonLocalLoad(LoadInst *L);
702     void AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps, 
703                                  AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
704                                  UnavailBlkVect &UnavailableBlocks);
705     bool PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock, 
706                         UnavailBlkVect &UnavailableBlocks);
707
708     // Other helper routines
709     bool processInstruction(Instruction *I);
710     bool processBlock(BasicBlock *BB);
711     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*> &d);
712     bool iterateOnFunction(Function &F);
713     bool performPRE(Function &F);
714     bool performScalarPRE(Instruction *I);
715     bool performScalarPREInsertion(Instruction *Instr, BasicBlock *Pred,
716                                    unsigned int ValNo);
717     Value *findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num);
718     void cleanupGlobalSets();
719     void verifyRemoved(const Instruction *I) const;
720     bool splitCriticalEdges();
721     BasicBlock *splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ);
722     bool propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS, const BasicBlockEdge &Root);
723     bool processFoldableCondBr(BranchInst *BI);
724     void addDeadBlock(BasicBlock *BB);
725     void assignValNumForDeadCode();
726   };
727
728   char GVN::ID = 0;
729 }
730
731 // The public interface to this file...
732 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoLoads) {
733   return new GVN(NoLoads);
734 }
735
736 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
737 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
738 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
739 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
740 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
741 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
742 INITIALIZE_PASS_END(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
743
744 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
745 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
746   errs() << "{\n";
747   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
748        E = d.end(); I != E; ++I) {
749       errs() << I->first << "\n";
750       I->second->dump();
751   }
752   errs() << "}\n";
753 }
754 #endif
755
756 /// Return true if we can prove that the value
757 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
758 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
759 /// map is actually a tri-state map with the following values:
760 ///   0) we know the block *is not* fully available.
761 ///   1) we know the block *is* fully available.
762 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
763 ///      currently speculating that it will be.
764 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
765 ///      other blocks.
766 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
767                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks,
768                             uint32_t RecurseDepth) {
769   if (RecurseDepth > MaxRecurseDepth)
770     return false;
771
772   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
773   // if we already know about this block in one lookup.
774   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
775     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
776
777   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
778   if (!IV.second) {
779     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
780     // speculation of other blocks.
781     if (IV.first->second == 2)
782       IV.first->second = 3;
783     return IV.first->second != 0;
784   }
785
786   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
787   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
788
789   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
790   if (PI == PE)
791     goto SpeculationFailure;
792
793   for (; PI != PE; ++PI)
794     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
795     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
796     // optimistic assumption and bail out.
797     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks,RecurseDepth+1))
798       goto SpeculationFailure;
799
800   return true;
801
802 // If we get here, we found out that this is not, after
803 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
804 // used the speculation to mark other blocks as available.
805 SpeculationFailure:
806   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
807
808   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
809   if (BBVal == 2) {
810     BBVal = 0;
811     return false;
812   }
813
814   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
815   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
816   // 0 if set to one.
817   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
818   BBWorklist.push_back(BB);
819
820   do {
821     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
822     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
823     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
824     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
825     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
826
827     // Mark as unavailable.
828     EntryVal = 0;
829
830     BBWorklist.append(succ_begin(Entry), succ_end(Entry));
831   } while (!BBWorklist.empty());
832
833   return false;
834 }
835
836
837 /// Return true if CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
838 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
839                                             Type *LoadTy,
840                                             const DataLayout &DL) {
841   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
842   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
843   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy() ||
844       StoredVal->getType()->isStructTy() ||
845       StoredVal->getType()->isArrayTy())
846     return false;
847
848   // The store has to be at least as big as the load.
849   if (DL.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
850         DL.getTypeSizeInBits(LoadTy))
851     return false;
852
853   return true;
854 }
855
856 /// If we saw a store of a value to memory, and
857 /// then a load from a must-aliased pointer of a different type, try to coerce
858 /// the stored value.  LoadedTy is the type of the load we want to replace.
859 /// IRB is IRBuilder used to insert new instructions.
860 ///
861 /// If we can't do it, return null.
862 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal, Type *LoadedTy,
863                                              IRBuilder<> &IRB,
864                                              const DataLayout &DL) {
865   if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, DL))
866     return nullptr;
867
868   // If this is already the right type, just return it.
869   Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
870
871   uint64_t StoreSize = DL.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
872   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
873
874   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
875   if (StoreSize == LoadSize) {
876     // Pointer to Pointer -> use bitcast.
877     if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
878         LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
879       return IRB.CreateBitCast(StoredVal, LoadedTy);
880
881     // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
882     if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
883       StoredValTy = DL.getIntPtrType(StoredValTy);
884       StoredVal = IRB.CreatePtrToInt(StoredVal, StoredValTy);
885     }
886
887     Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
888     if (TypeToCastTo->getScalarType()->isPointerTy())
889       TypeToCastTo = DL.getIntPtrType(TypeToCastTo);
890
891     if (StoredValTy != TypeToCastTo)
892       StoredVal = IRB.CreateBitCast(StoredVal, TypeToCastTo);
893
894     // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
895     if (LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
896       StoredVal = IRB.CreateIntToPtr(StoredVal, LoadedTy);
897
898     return StoredVal;
899   }
900
901   // If the loaded value is smaller than the available value, then we can
902   // extract out a piece from it.  If the available value is too small, then we
903   // can't do anything.
904   assert(StoreSize >= LoadSize && "CanCoerceMustAliasedValueToLoad fail");
905
906   // Convert source pointers to integers, which can be manipulated.
907   if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
908     StoredValTy = DL.getIntPtrType(StoredValTy);
909     StoredVal = IRB.CreatePtrToInt(StoredVal, StoredValTy);
910   }
911
912   // Convert vectors and fp to integer, which can be manipulated.
913   if (!StoredValTy->isIntegerTy()) {
914     StoredValTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), StoreSize);
915     StoredVal = IRB.CreateBitCast(StoredVal, StoredValTy);
916   }
917
918   // If this is a big-endian system, we need to shift the value down to the low
919   // bits so that a truncate will work.
920   if (DL.isBigEndian()) {
921     StoredVal = IRB.CreateLShr(StoredVal, StoreSize - LoadSize, "tmp");
922   }
923
924   // Truncate the integer to the right size now.
925   Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadSize);
926   StoredVal  = IRB.CreateTrunc(StoredVal, NewIntTy, "trunc");
927
928   if (LoadedTy == NewIntTy)
929     return StoredVal;
930
931   // If the result is a pointer, inttoptr.
932   if (LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
933     return IRB.CreateIntToPtr(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr");
934
935   // Otherwise, bitcast.
936   return IRB.CreateBitCast(StoredVal, LoadedTy, "bitcast");
937 }
938
939 /// This function is called when we have a
940 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
941 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
942 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
943 ///
944 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
945 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
946 /// value of the piece that feeds the load.
947 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
948                                           Value *WritePtr,
949                                           uint64_t WriteSizeInBits,
950                                           const DataLayout &DL) {
951   // If the loaded or stored value is a first class array or struct, don't try
952   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
953   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy())
954     return -1;
955
956   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
957   Value *StoreBase =
958       GetPointerBaseWithConstantOffset(WritePtr, StoreOffset, DL);
959   Value *LoadBase = GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, DL);
960   if (StoreBase != LoadBase)
961     return -1;
962
963   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
964   // a must alias.  AA must have gotten confused.
965   // FIXME: Study to see if/when this happens.  One case is forwarding a memset
966   // to a load from the base of the memset.
967 #if 0
968   if (LoadOffset == StoreOffset) {
969     dbgs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
970     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
971     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
972     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
973     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
974     abort();
975   }
976 #endif
977
978   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
979   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
980   // must have gotten confused.
981   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadTy);
982
983   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
984     return -1;
985   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
986   LoadSize >>= 3;
987
988
989   bool isAAFailure = false;
990   if (StoreOffset < LoadOffset)
991     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
992   else
993     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
994
995   if (isAAFailure) {
996 #if 0
997     dbgs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
998     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
999     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
1000     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
1001     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
1002     abort();
1003 #endif
1004     return -1;
1005   }
1006
1007   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
1008   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
1009   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
1010   // valuable.
1011   if (StoreOffset > LoadOffset ||
1012       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
1013     return -1;
1014
1015   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
1016   // store that the load is.
1017   return LoadOffset-StoreOffset;
1018 }
1019
1020 /// This function is called when we have a
1021 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
1022 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1023                                           StoreInst *DepSI) {
1024   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1025   if (DepSI->getValueOperand()->getType()->isStructTy() ||
1026       DepSI->getValueOperand()->getType()->isArrayTy())
1027     return -1;
1028
1029   const DataLayout &DL = DepSI->getModule()->getDataLayout();
1030   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
1031   uint64_t StoreSize =DL.getTypeSizeInBits(DepSI->getValueOperand()->getType());
1032   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1033                                         StorePtr, StoreSize, DL);
1034 }
1035
1036 /// This function is called when we have a
1037 /// memdep query of a load that ends up being clobbered by another load.  See if
1038 /// the other load can feed into the second load.
1039 static int AnalyzeLoadFromClobberingLoad(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1040                                          LoadInst *DepLI, const DataLayout &DL){
1041   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1042   if (DepLI->getType()->isStructTy() || DepLI->getType()->isArrayTy())
1043     return -1;
1044
1045   Value *DepPtr = DepLI->getPointerOperand();
1046   uint64_t DepSize = DL.getTypeSizeInBits(DepLI->getType());
1047   int R = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, DepSize, DL);
1048   if (R != -1) return R;
1049
1050   // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this load,
1051   // then we should widen it!
1052   int64_t LoadOffs = 0;
1053   const Value *LoadBase =
1054       GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffs, DL);
1055   unsigned LoadSize = DL.getTypeStoreSize(LoadTy);
1056
1057   unsigned Size = MemoryDependenceAnalysis::getLoadLoadClobberFullWidthSize(
1058       LoadBase, LoadOffs, LoadSize, DepLI);
1059   if (Size == 0) return -1;
1060
1061   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, Size*8, DL);
1062 }
1063
1064
1065
1066 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1067                                             MemIntrinsic *MI,
1068                                             const DataLayout &DL) {
1069   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
1070   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1071   if (!SizeCst) return -1;
1072   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
1073
1074   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
1075   // of the memset..
1076   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
1077     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
1078                                           MemSizeInBits, DL);
1079
1080   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
1081   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
1082   // constant memory.
1083   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
1084
1085   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
1086   if (!Src) return -1;
1087
1088   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GetUnderlyingObject(Src, DL));
1089   if (!GV || !GV->isConstant()) return -1;
1090
1091   // See if the access is within the bounds of the transfer.
1092   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1093                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, DL);
1094   if (Offset == -1)
1095     return Offset;
1096
1097   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1098   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1099   // offset applied as appropriate.
1100   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1101                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1102   Constant *OffsetCst =
1103     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1104   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Src->getContext()), Src,
1105                                        OffsetCst);
1106   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1107   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, DL))
1108     return Offset;
1109   return -1;
1110 }
1111
1112
1113 /// This function is called when we have a
1114 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
1115 /// that the store provides bits used by the load but we the pointers don't
1116 /// mustalias.  Check this case to see if there is anything more we can do
1117 /// before we give up.
1118 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
1119                                    Type *LoadTy,
1120                                    Instruction *InsertPt, const DataLayout &DL){
1121   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1122
1123   uint64_t StoreSize = (DL.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) + 7) / 8;
1124   uint64_t LoadSize = (DL.getTypeSizeInBits(LoadTy) + 7) / 8;
1125
1126   IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1127
1128   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1129   // to an integer type to start with.
1130   if (SrcVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1131     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal,
1132         DL.getIntPtrType(SrcVal->getType()));
1133   if (!SrcVal->getType()->isIntegerTy())
1134     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8));
1135
1136   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1137   unsigned ShiftAmt;
1138   if (DL.isLittleEndian())
1139     ShiftAmt = Offset*8;
1140   else
1141     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1142
1143   if (ShiftAmt)
1144     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt);
1145
1146   if (LoadSize != StoreSize)
1147     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1148
1149   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, Builder, DL);
1150 }
1151
1152 /// This function is called when we have a
1153 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering load.  This means
1154 /// that the load *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1155 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1156 /// anything more we can do before we give up.
1157 static Value *GetLoadValueForLoad(LoadInst *SrcVal, unsigned Offset,
1158                                   Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1159                                   GVN &gvn) {
1160   const DataLayout &DL = SrcVal->getModule()->getDataLayout();
1161   // If Offset+LoadTy exceeds the size of SrcVal, then we must be wanting to
1162   // widen SrcVal out to a larger load.
1163   unsigned SrcValSize = DL.getTypeStoreSize(SrcVal->getType());
1164   unsigned LoadSize = DL.getTypeStoreSize(LoadTy);
1165   if (Offset+LoadSize > SrcValSize) {
1166     assert(SrcVal->isSimple() && "Cannot widen volatile/atomic load!");
1167     assert(SrcVal->getType()->isIntegerTy() && "Can't widen non-integer load");
1168     // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this
1169     // load, then we should widen it to the next power of 2 size big enough!
1170     unsigned NewLoadSize = Offset+LoadSize;
1171     if (!isPowerOf2_32(NewLoadSize))
1172       NewLoadSize = NextPowerOf2(NewLoadSize);
1173
1174     Value *PtrVal = SrcVal->getPointerOperand();
1175
1176     // Insert the new load after the old load.  This ensures that subsequent
1177     // memdep queries will find the new load.  We can't easily remove the old
1178     // load completely because it is already in the value numbering table.
1179     IRBuilder<> Builder(SrcVal->getParent(), ++BasicBlock::iterator(SrcVal));
1180     Type *DestPTy =
1181       IntegerType::get(LoadTy->getContext(), NewLoadSize*8);
1182     DestPTy = PointerType::get(DestPTy,
1183                                PtrVal->getType()->getPointerAddressSpace());
1184     Builder.SetCurrentDebugLocation(SrcVal->getDebugLoc());
1185     PtrVal = Builder.CreateBitCast(PtrVal, DestPTy);
1186     LoadInst *NewLoad = Builder.CreateLoad(PtrVal);
1187     NewLoad->takeName(SrcVal);
1188     NewLoad->setAlignment(SrcVal->getAlignment());
1189
1190     DEBUG(dbgs() << "GVN WIDENED LOAD: " << *SrcVal << "\n");
1191     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *NewLoad << "\n");
1192
1193     // Replace uses of the original load with the wider load.  On a big endian
1194     // system, we need to shift down to get the relevant bits.
1195     Value *RV = NewLoad;
1196     if (DL.isBigEndian())
1197       RV = Builder.CreateLShr(RV,
1198                     NewLoadSize*8-SrcVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
1199     RV = Builder.CreateTrunc(RV, SrcVal->getType());
1200     SrcVal->replaceAllUsesWith(RV);
1201
1202     // We would like to use gvn.markInstructionForDeletion here, but we can't
1203     // because the load is already memoized into the leader map table that GVN
1204     // tracks.  It is potentially possible to remove the load from the table,
1205     // but then there all of the operations based on it would need to be
1206     // rehashed.  Just leave the dead load around.
1207     gvn.getMemDep().removeInstruction(SrcVal);
1208     SrcVal = NewLoad;
1209   }
1210
1211   return GetStoreValueForLoad(SrcVal, Offset, LoadTy, InsertPt, DL);
1212 }
1213
1214
1215 /// This function is called when we have a
1216 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1217 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1218                                      Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1219                                      const DataLayout &DL){
1220   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1221   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1222
1223   IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1224
1225   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1226   // provides the bits for the load.
1227   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1228     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1229     // independently of what the offset is.
1230     Value *Val = MSI->getValue();
1231     if (LoadSize != 1)
1232       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1233
1234     Value *OneElt = Val;
1235
1236     // Splat the value out to the right number of bits.
1237     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1238       // If we can double the number of bytes set, do it.
1239       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1240         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1241         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1242         NumBytesSet <<= 1;
1243         continue;
1244       }
1245
1246       // Otherwise insert one byte at a time.
1247       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1248       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1249       ++NumBytesSet;
1250     }
1251
1252     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, Builder, DL);
1253   }
1254
1255   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1256   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1257   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1258   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1259
1260   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1261   // offset applied as appropriate.
1262   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1263                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1264   Constant *OffsetCst =
1265     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1266   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Src->getContext()), Src,
1267                                        OffsetCst);
1268   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1269   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, DL);
1270 }
1271
1272
1273 /// Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1274 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1275 /// that should be used at LI's definition site.
1276 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
1277                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1278                                      GVN &gvn) {
1279   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
1280   // just use the dominating value directly.
1281   if (ValuesPerBlock.size() == 1 &&
1282       gvn.getDominatorTree().properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB,
1283                                                LI->getParent())) {
1284     assert(!ValuesPerBlock[0].isUndefValue() && "Dead BB dominate this block");
1285     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI, gvn);
1286   }
1287
1288   // Otherwise, we have to construct SSA form.
1289   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1290   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1291   SSAUpdate.Initialize(LI->getType(), LI->getName());
1292
1293   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1294     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1295     BasicBlock *BB = AV.BB;
1296
1297     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1298       continue;
1299
1300     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LI, gvn));
1301   }
1302
1303   // Perform PHI construction.
1304   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1305
1306   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1307   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) {
1308     AliasAnalysis *AA = gvn.getAliasAnalysis();
1309
1310     // Scan the new PHIs and inform alias analysis that we've added potentially
1311     // escaping uses to any values that are operands to these PHIs.
1312     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i) {
1313       PHINode *P = NewPHIs[i];
1314       for (unsigned ii = 0, ee = P->getNumIncomingValues(); ii != ee; ++ii) {
1315         unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
1316         AA->addEscapingUse(P->getOperandUse(jj));
1317       }
1318     }
1319   }
1320
1321   return V;
1322 }
1323
1324 Value *AvailableValueInBlock::MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI,
1325                                                        GVN &gvn) const {
1326   Value *Res;
1327   Type *LoadTy = LI->getType();
1328   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1329   if (isSimpleValue()) {
1330     Res = getSimpleValue();
1331     if (Res->getType() != LoadTy) {
1332       Res = GetStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(), DL);
1333
1334       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1335                    << *getSimpleValue() << '\n'
1336                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1337     }
1338   } else if (isCoercedLoadValue()) {
1339     LoadInst *Load = getCoercedLoadValue();
1340     if (Load->getType() == LoadTy && Offset == 0) {
1341       Res = Load;
1342     } else {
1343       Res = GetLoadValueForLoad(Load, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1344                                 gvn);
1345   
1346       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL LOAD:\nOffset: " << Offset << "  "
1347                    << *getCoercedLoadValue() << '\n'
1348                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1349     }
1350   } else if (isMemIntrinValue()) {
1351     Res = GetMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset, LoadTy,
1352                                  BB->getTerminator(), DL);
1353     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1354                  << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
1355                  << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1356   } else {
1357     assert(isUndefValue() && "Should be UndefVal");
1358     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL Undef:\n";);
1359     return UndefValue::get(LoadTy);
1360   }
1361   return Res;
1362 }
1363
1364 static bool isLifetimeStart(const Instruction *Inst) {
1365   if (const IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1366     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1367   return false;
1368 }
1369
1370 void GVN::AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps, 
1371                                   AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
1372                                   UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1373
1374   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1375   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1376   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1377   // that could potentially clobber the load).
1378   unsigned NumDeps = Deps.size();
1379   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1380   for (unsigned i = 0, e = NumDeps; i != e; ++i) {
1381     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1382     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1383
1384     if (DeadBlocks.count(DepBB)) {
1385       // Dead dependent mem-op disguise as a load evaluating the same value
1386       // as the load in question.
1387       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getUndef(DepBB));
1388       continue;
1389     }
1390
1391     if (!DepInfo.isDef() && !DepInfo.isClobber()) {
1392       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1393       continue;
1394     }
1395
1396     if (DepInfo.isClobber()) {
1397       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1398       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1399       // to consider the right address.
1400       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1401
1402       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1403       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1404       // stored value.
1405       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1406         if (Address) {
1407           int Offset =
1408               AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address, DepSI);
1409           if (Offset != -1) {
1410             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1411                                                        DepSI->getValueOperand(),
1412                                                                 Offset));
1413             continue;
1414           }
1415         }
1416       }
1417
1418       // Check to see if we have something like this:
1419       //    load i32* P
1420       //    load i8* (P+1)
1421       // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1422       if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInfo.getInst())) {
1423         // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1424         // we have the first instruction in the entry block.
1425         if (DepLI != LI && Address) {
1426           int Offset =
1427               AnalyzeLoadFromClobberingLoad(LI->getType(), Address, DepLI, DL);
1428
1429           if (Offset != -1) {
1430             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB,DepLI,
1431                                                                     Offset));
1432             continue;
1433           }
1434         }
1435       }
1436
1437       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1438       // forward a value on from it.
1439       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1440         if (Address) {
1441           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1442                                                         DepMI, DL);
1443           if (Offset != -1) {
1444             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1445                                                                   Offset));
1446             continue;
1447           }
1448         }
1449       }
1450
1451       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1452       continue;
1453     }
1454
1455     // DepInfo.isDef() here
1456
1457     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1458
1459     // Loading the allocation -> undef.
1460     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI) ||
1461         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1462         isLifetimeStart(DepInst)) {
1463       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1464                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1465       continue;
1466     }
1467
1468     // Loading from calloc (which zero initializes memory) -> zero
1469     if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1470       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(
1471           DepBB, Constant::getNullValue(LI->getType())));
1472       continue;
1473     }
1474
1475     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1476       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1477       // different types if we have to.
1478       if (S->getValueOperand()->getType() != LI->getType()) {
1479         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1480         // reuse it.
1481         if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getValueOperand(),
1482                                              LI->getType(), DL)) {
1483           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1484           continue;
1485         }
1486       }
1487
1488       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1489                                                          S->getValueOperand()));
1490       continue;
1491     }
1492
1493     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1494       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1495       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1496         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1497         // reuse it.
1498         if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(), DL)) {
1499           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1500           continue;
1501         }
1502       }
1503       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB, LD));
1504       continue;
1505     }
1506
1507     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1508   }
1509 }
1510
1511 bool GVN::PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock, 
1512                          UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1513   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1514   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1515   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1516   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1517   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1518   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1519   // the load, not inserting a new one).
1520
1521   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers;
1522   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1523     Blockers.insert(UnavailableBlocks[i]);
1524
1525   // Let's find the first basic block with more than one predecessor.  Walk
1526   // backwards through predecessors if needed.
1527   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1528   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1529
1530   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1531     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1532     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1533       return false;
1534     if (Blockers.count(TmpBB))
1535       return false;
1536
1537     // If any of these blocks has more than one successor (i.e. if the edge we
1538     // just traversed was critical), then there are other paths through this
1539     // block along which the load may not be anticipated.  Hoisting the load
1540     // above this block would be adding the load to execution paths along
1541     // which it was not previously executed.
1542     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1543       return false;
1544   }
1545
1546   assert(TmpBB);
1547   LoadBB = TmpBB;
1548
1549   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1550   // available.
1551   MapVector<BasicBlock *, Value *> PredLoads;
1552   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1553   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1554     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1555   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1556     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1557
1558   SmallVector<BasicBlock *, 4> CriticalEdgePred;
1559   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1560        PI != E; ++PI) {
1561     BasicBlock *Pred = *PI;
1562     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks, 0)) {
1563       continue;
1564     }
1565
1566     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1567       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1568         DEBUG(dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1569               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1570         return false;
1571       }
1572
1573       if (LoadBB->isLandingPad()) {
1574         DEBUG(dbgs()
1575               << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF LANDING PAD CRITICAL EDGE '"
1576               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1577         return false;
1578       }
1579
1580       CriticalEdgePred.push_back(Pred);
1581     } else {
1582       // Only add the predecessors that will not be split for now.
1583       PredLoads[Pred] = nullptr;
1584     }
1585   }
1586
1587   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1588   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size() + CriticalEdgePred.size();
1589   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1590          "Fully available value should already be eliminated!");
1591
1592   // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1593   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1594   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1595   // that one block.
1596   if (NumUnavailablePreds != 1)
1597       return false;
1598
1599   // Split critical edges, and update the unavailable predecessors accordingly.
1600   for (BasicBlock *OrigPred : CriticalEdgePred) {
1601     BasicBlock *NewPred = splitCriticalEdges(OrigPred, LoadBB);
1602     assert(!PredLoads.count(OrigPred) && "Split edges shouldn't be in map!");
1603     PredLoads[NewPred] = nullptr;
1604     DEBUG(dbgs() << "Split critical edge " << OrigPred->getName() << "->"
1605                  << LoadBB->getName() << '\n');
1606   }
1607
1608   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1609   bool CanDoPRE = true;
1610   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1611   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1612   for (auto &PredLoad : PredLoads) {
1613     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1614
1615     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1616     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1617
1618     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1619     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1620     // pointer if it is not available.
1621     PHITransAddr Address(LI->getPointerOperand(), DL, AC);
1622     Value *LoadPtr = nullptr;
1623     LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1624                                                 *DT, NewInsts);
1625
1626     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1627     // we fail PRE.
1628     if (!LoadPtr) {
1629       DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1630             << *LI->getPointerOperand() << "\n");
1631       CanDoPRE = false;
1632       break;
1633     }
1634
1635     PredLoad.second = LoadPtr;
1636   }
1637
1638   if (!CanDoPRE) {
1639     while (!NewInsts.empty()) {
1640       Instruction *I = NewInsts.pop_back_val();
1641       if (MD) MD->removeInstruction(I);
1642       I->eraseFromParent();
1643     }
1644     // HINT: Don't revert the edge-splitting as following transformation may
1645     // also need to split these critical edges.
1646     return !CriticalEdgePred.empty();
1647   }
1648
1649   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1650   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1651   // it.
1652   DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1653   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1654           dbgs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1655                  << *NewInsts.back() << '\n');
1656
1657   // Assign value numbers to the new instructions.
1658   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1659     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1660     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1661     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1662     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1663     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1664   }
1665
1666   for (const auto &PredLoad : PredLoads) {
1667     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1668     Value *LoadPtr = PredLoad.second;
1669
1670     Instruction *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1671                                         LI->getAlignment(),
1672                                         UnavailablePred->getTerminator());
1673
1674     // Transfer the old load's AA tags to the new load.
1675     AAMDNodes Tags;
1676     LI->getAAMetadata(Tags);
1677     if (Tags)
1678       NewLoad->setAAMetadata(Tags);
1679
1680     // Transfer DebugLoc.
1681     NewLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1682
1683     // Add the newly created load.
1684     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1685                                                         NewLoad));
1686     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1687     DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1688   }
1689
1690   // Perform PHI construction.
1691   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1692   LI->replaceAllUsesWith(V);
1693   if (isa<PHINode>(V))
1694     V->takeName(LI);
1695   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1696     I->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1697   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1698     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1699   markInstructionForDeletion(LI);
1700   ++NumPRELoad;
1701   return true;
1702 }
1703
1704 /// Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1705 /// non-local by performing PHI construction.
1706 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI) {
1707   // Step 1: Find the non-local dependencies of the load.
1708   LoadDepVect Deps;
1709   MD->getNonLocalPointerDependency(LI, Deps);
1710
1711   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1712   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1713   // it will be too expensive.
1714   unsigned NumDeps = Deps.size();
1715   if (NumDeps > 100)
1716     return false;
1717
1718   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1719   // clobber in the current block.  Reject this early.
1720   if (NumDeps == 1 &&
1721       !Deps[0].getResult().isDef() && !Deps[0].getResult().isClobber()) {
1722     DEBUG(
1723       dbgs() << "GVN: non-local load ";
1724       LI->printAsOperand(dbgs());
1725       dbgs() << " has unknown dependencies\n";
1726     );
1727     return false;
1728   }
1729
1730   // If this load follows a GEP, see if we can PRE the indices before analyzing.
1731   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0))) {
1732     for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEP->idx_begin(),
1733                                         OE = GEP->idx_end();
1734          OI != OE; ++OI)
1735       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OI->get()))
1736         performScalarPRE(I);
1737   }
1738
1739   // Step 2: Analyze the availability of the load
1740   AvailValInBlkVect ValuesPerBlock;
1741   UnavailBlkVect UnavailableBlocks;
1742   AnalyzeLoadAvailability(LI, Deps, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1743
1744   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1745   // early.
1746   if (ValuesPerBlock.empty())
1747     return false;
1748
1749   // Step 3: Eliminate fully redundancy.
1750   //
1751   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1752   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1753   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1754   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1755     DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1756
1757     // Perform PHI construction.
1758     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1759     LI->replaceAllUsesWith(V);
1760
1761     if (isa<PHINode>(V))
1762       V->takeName(LI);
1763     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1764       I->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1765     if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1766       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1767     markInstructionForDeletion(LI);
1768     ++NumGVNLoad;
1769     return true;
1770   }
1771
1772   // Step 4: Eliminate partial redundancy.
1773   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1774     return false;
1775
1776   return PerformLoadPRE(LI, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1777 }
1778
1779
1780 static void patchReplacementInstruction(Instruction *I, Value *Repl) {
1781   // Patch the replacement so that it is not more restrictive than the value
1782   // being replaced.
1783   BinaryOperator *Op = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
1784   BinaryOperator *ReplOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Repl);
1785   if (Op && ReplOp)
1786     ReplOp->andIRFlags(Op);
1787
1788   if (Instruction *ReplInst = dyn_cast<Instruction>(Repl)) {
1789     // FIXME: If both the original and replacement value are part of the
1790     // same control-flow region (meaning that the execution of one
1791     // guarentees the executation of the other), then we can combine the
1792     // noalias scopes here and do better than the general conservative
1793     // answer used in combineMetadata().
1794
1795     // In general, GVN unifies expressions over different control-flow
1796     // regions, and so we need a conservative combination of the noalias
1797     // scopes.
1798     static const unsigned KnownIDs[] = {
1799       LLVMContext::MD_tbaa,
1800       LLVMContext::MD_alias_scope,
1801       LLVMContext::MD_noalias,
1802       LLVMContext::MD_range,
1803       LLVMContext::MD_fpmath,
1804       LLVMContext::MD_invariant_load,
1805     };
1806     combineMetadata(ReplInst, I, KnownIDs);
1807   }
1808 }
1809
1810 static void patchAndReplaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *Repl) {
1811   patchReplacementInstruction(I, Repl);
1812   I->replaceAllUsesWith(Repl);
1813 }
1814
1815 /// Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1816 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1817 bool GVN::processLoad(LoadInst *L) {
1818   if (!MD)
1819     return false;
1820
1821   if (!L->isSimple())
1822     return false;
1823
1824   if (L->use_empty()) {
1825     markInstructionForDeletion(L);
1826     return true;
1827   }
1828
1829   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1830   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1831   const DataLayout &DL = L->getModule()->getDataLayout();
1832
1833   // If we have a clobber and target data is around, see if this is a clobber
1834   // that we can fix up through code synthesis.
1835   if (Dep.isClobber()) {
1836     // Check to see if we have something like this:
1837     //   store i32 123, i32* %P
1838     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1839     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1840     //   %C = load i8* %B
1841     //
1842     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1843     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1844     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1845     // access code.
1846     Value *AvailVal = nullptr;
1847     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst())) {
1848       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(
1849           L->getType(), L->getPointerOperand(), DepSI);
1850       if (Offset != -1)
1851         AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getValueOperand(), Offset,
1852                                         L->getType(), L, DL);
1853     }
1854
1855     // Check to see if we have something like this:
1856     //    load i32* P
1857     //    load i8* (P+1)
1858     // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1859     if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(Dep.getInst())) {
1860       // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1861       // we have the first instruction in the entry block.
1862       if (DepLI == L)
1863         return false;
1864
1865       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(
1866           L->getType(), L->getPointerOperand(), DepLI, DL);
1867       if (Offset != -1)
1868         AvailVal = GetLoadValueForLoad(DepLI, Offset, L->getType(), L, *this);
1869     }
1870
1871     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1872     // a value on from it.
1873     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1874       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(
1875           L->getType(), L->getPointerOperand(), DepMI, DL);
1876       if (Offset != -1)
1877         AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L, DL);
1878     }
1879
1880     if (AvailVal) {
1881       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1882             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1883
1884       // Replace the load!
1885       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1886       if (AvailVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1887         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1888       markInstructionForDeletion(L);
1889       ++NumGVNLoad;
1890       return true;
1891     }
1892   }
1893
1894   // If the value isn't available, don't do anything!
1895   if (Dep.isClobber()) {
1896     DEBUG(
1897       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1898       dbgs() << "GVN: load ";
1899       L->printAsOperand(dbgs());
1900       Instruction *I = Dep.getInst();
1901       dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1902     );
1903     return false;
1904   }
1905
1906   // If it is defined in another block, try harder.
1907   if (Dep.isNonLocal())
1908     return processNonLocalLoad(L);
1909
1910   if (!Dep.isDef()) {
1911     DEBUG(
1912       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1913       dbgs() << "GVN: load ";
1914       L->printAsOperand(dbgs());
1915       dbgs() << " has unknown dependence\n";
1916     );
1917     return false;
1918   }
1919
1920   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1921   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1922     Value *StoredVal = DepSI->getValueOperand();
1923
1924     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1925     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1926     // value (depending on its type).
1927     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1928       IRBuilder<> Builder(L);
1929       StoredVal =
1930           CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(), Builder, DL);
1931       if (!StoredVal)
1932         return false;
1933
1934       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1935                    << '\n' << *L << "\n\n\n");
1936     }
1937
1938     // Remove it!
1939     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1940     if (StoredVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1941       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1942     markInstructionForDeletion(L);
1943     ++NumGVNLoad;
1944     return true;
1945   }
1946
1947   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1948     Value *AvailableVal = DepLI;
1949
1950     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1951     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1952     // (depending on its type).
1953     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1954       IRBuilder<> Builder(L);
1955       AvailableVal =
1956           CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(), Builder, DL);
1957       if (!AvailableVal)
1958         return false;
1959
1960       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1961                    << "\n" << *L << "\n\n\n");
1962     }
1963
1964     // Remove it!
1965     patchAndReplaceAllUsesWith(L, AvailableVal);
1966     if (DepLI->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1967       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1968     markInstructionForDeletion(L);
1969     ++NumGVNLoad;
1970     return true;
1971   }
1972
1973   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1974   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1975   // intervening stores, for example.
1976   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1977     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1978     markInstructionForDeletion(L);
1979     ++NumGVNLoad;
1980     return true;
1981   }
1982
1983   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1984   // then the loaded value is undefined.
1985   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1986     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1987       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1988       markInstructionForDeletion(L);
1989       ++NumGVNLoad;
1990       return true;
1991     }
1992   }
1993
1994   // If this load follows a calloc (which zero initializes memory),
1995   // then the loaded value is zero
1996   if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1997     L->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(L->getType()));
1998     markInstructionForDeletion(L);
1999     ++NumGVNLoad;
2000     return true;
2001   }
2002
2003   return false;
2004 }
2005
2006 // In order to find a leader for a given value number at a
2007 // specific basic block, we first obtain the list of all Values for that number,
2008 // and then scan the list to find one whose block dominates the block in
2009 // question.  This is fast because dominator tree queries consist of only
2010 // a few comparisons of DFS numbers.
2011 Value *GVN::findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num) {
2012   LeaderTableEntry Vals = LeaderTable[num];
2013   if (!Vals.Val) return nullptr;
2014
2015   Value *Val = nullptr;
2016   if (DT->dominates(Vals.BB, BB)) {
2017     Val = Vals.Val;
2018     if (isa<Constant>(Val)) return Val;
2019   }
2020
2021   LeaderTableEntry* Next = Vals.Next;
2022   while (Next) {
2023     if (DT->dominates(Next->BB, BB)) {
2024       if (isa<Constant>(Next->Val)) return Next->Val;
2025       if (!Val) Val = Next->Val;
2026     }
2027
2028     Next = Next->Next;
2029   }
2030
2031   return Val;
2032 }
2033
2034 /// There is an edge from 'Src' to 'Dst'.  Return
2035 /// true if every path from the entry block to 'Dst' passes via this edge.  In
2036 /// particular 'Dst' must not be reachable via another edge from 'Src'.
2037 static bool isOnlyReachableViaThisEdge(const BasicBlockEdge &E,
2038                                        DominatorTree *DT) {
2039   // While in theory it is interesting to consider the case in which Dst has
2040   // more than one predecessor, because Dst might be part of a loop which is
2041   // only reachable from Src, in practice it is pointless since at the time
2042   // GVN runs all such loops have preheaders, which means that Dst will have
2043   // been changed to have only one predecessor, namely Src.
2044   const BasicBlock *Pred = E.getEnd()->getSinglePredecessor();
2045   const BasicBlock *Src = E.getStart();
2046   assert((!Pred || Pred == Src) && "No edge between these basic blocks!");
2047   (void)Src;
2048   return Pred != nullptr;
2049 }
2050
2051 /// The given values are known to be equal in every block
2052 /// dominated by 'Root'.  Exploit this, for example by replacing 'LHS' with
2053 /// 'RHS' everywhere in the scope.  Returns whether a change was made.
2054 bool GVN::propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS,
2055                             const BasicBlockEdge &Root) {
2056   SmallVector<std::pair<Value*, Value*>, 4> Worklist;
2057   Worklist.push_back(std::make_pair(LHS, RHS));
2058   bool Changed = false;
2059   // For speed, compute a conservative fast approximation to
2060   // DT->dominates(Root, Root.getEnd());
2061   bool RootDominatesEnd = isOnlyReachableViaThisEdge(Root, DT);
2062
2063   while (!Worklist.empty()) {
2064     std::pair<Value*, Value*> Item = Worklist.pop_back_val();
2065     LHS = Item.first; RHS = Item.second;
2066
2067     if (LHS == RHS) continue;
2068     assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "Equality but unequal types!");
2069
2070     // Don't try to propagate equalities between constants.
2071     if (isa<Constant>(LHS) && isa<Constant>(RHS)) continue;
2072
2073     // Prefer a constant on the right-hand side, or an Argument if no constants.
2074     if (isa<Constant>(LHS) || (isa<Argument>(LHS) && !isa<Constant>(RHS)))
2075       std::swap(LHS, RHS);
2076     assert((isa<Argument>(LHS) || isa<Instruction>(LHS)) && "Unexpected value!");
2077
2078     // If there is no obvious reason to prefer the left-hand side over the
2079     // right-hand side, ensure the longest lived term is on the right-hand side,
2080     // so the shortest lived term will be replaced by the longest lived.
2081     // This tends to expose more simplifications.
2082     uint32_t LVN = VN.lookup_or_add(LHS);
2083     if ((isa<Argument>(LHS) && isa<Argument>(RHS)) ||
2084         (isa<Instruction>(LHS) && isa<Instruction>(RHS))) {
2085       // Move the 'oldest' value to the right-hand side, using the value number
2086       // as a proxy for age.
2087       uint32_t RVN = VN.lookup_or_add(RHS);
2088       if (LVN < RVN) {
2089         std::swap(LHS, RHS);
2090         LVN = RVN;
2091       }
2092     }
2093
2094     // If value numbering later sees that an instruction in the scope is equal
2095     // to 'LHS' then ensure it will be turned into 'RHS'.  In order to preserve
2096     // the invariant that instructions only occur in the leader table for their
2097     // own value number (this is used by removeFromLeaderTable), do not do this
2098     // if RHS is an instruction (if an instruction in the scope is morphed into
2099     // LHS then it will be turned into RHS by the next GVN iteration anyway, so
2100     // using the leader table is about compiling faster, not optimizing better).
2101     // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2102     // have the simple case where the edge dominates the end.
2103     if (RootDominatesEnd && !isa<Instruction>(RHS))
2104       addToLeaderTable(LVN, RHS, Root.getEnd());
2105
2106     // Replace all occurrences of 'LHS' with 'RHS' everywhere in the scope.  As
2107     // LHS always has at least one use that is not dominated by Root, this will
2108     // never do anything if LHS has only one use.
2109     if (!LHS->hasOneUse()) {
2110       unsigned NumReplacements = replaceDominatedUsesWith(LHS, RHS, *DT, Root);
2111       Changed |= NumReplacements > 0;
2112       NumGVNEqProp += NumReplacements;
2113     }
2114
2115     // Now try to deduce additional equalities from this one. For example, if
2116     // the known equality was "(A != B)" == "false" then it follows that A and B
2117     // are equal in the scope. Only boolean equalities with an explicit true or
2118     // false RHS are currently supported.
2119     if (!RHS->getType()->isIntegerTy(1))
2120       // Not a boolean equality - bail out.
2121       continue;
2122     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2123     if (!CI)
2124       // RHS neither 'true' nor 'false' - bail out.
2125       continue;
2126     // Whether RHS equals 'true'.  Otherwise it equals 'false'.
2127     bool isKnownTrue = CI->isAllOnesValue();
2128     bool isKnownFalse = !isKnownTrue;
2129
2130     // If "A && B" is known true then both A and B are known true.  If "A || B"
2131     // is known false then both A and B are known false.
2132     Value *A, *B;
2133     if ((isKnownTrue && match(LHS, m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) ||
2134         (isKnownFalse && match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))))) {
2135       Worklist.push_back(std::make_pair(A, RHS));
2136       Worklist.push_back(std::make_pair(B, RHS));
2137       continue;
2138     }
2139
2140     // If we are propagating an equality like "(A == B)" == "true" then also
2141     // propagate the equality A == B.  When propagating a comparison such as
2142     // "(A >= B)" == "true", replace all instances of "A < B" with "false".
2143     if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(LHS)) {
2144       Value *Op0 = Cmp->getOperand(0), *Op1 = Cmp->getOperand(1);
2145
2146       // If "A == B" is known true, or "A != B" is known false, then replace
2147       // A with B everywhere in the scope.
2148       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ) ||
2149           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE))
2150         Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
2151
2152       // Handle the floating point versions of equality comparisons too.
2153       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::FCMP_OEQ) ||
2154           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::FCMP_UNE)) {
2155
2156         // Floating point -0.0 and 0.0 compare equal, so we can only
2157         // propagate values if we know that we have a constant and that
2158         // its value is non-zero.
2159         
2160         // FIXME: We should do this optimization if 'no signed zeros' is
2161         // applicable via an instruction-level fast-math-flag or some other
2162         // indicator that relaxed FP semantics are being used.
2163
2164         if (isa<ConstantFP>(Op1) && !cast<ConstantFP>(Op1)->isZero())
2165           Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
2166       }
2167  
2168       // If "A >= B" is known true, replace "A < B" with false everywhere.
2169       CmpInst::Predicate NotPred = Cmp->getInversePredicate();
2170       Constant *NotVal = ConstantInt::get(Cmp->getType(), isKnownFalse);
2171       // Since we don't have the instruction "A < B" immediately to hand, work
2172       // out the value number that it would have and use that to find an
2173       // appropriate instruction (if any).
2174       uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2175       uint32_t Num = VN.lookup_or_add_cmp(Cmp->getOpcode(), NotPred, Op0, Op1);
2176       // If the number we were assigned was brand new then there is no point in
2177       // looking for an instruction realizing it: there cannot be one!
2178       if (Num < NextNum) {
2179         Value *NotCmp = findLeader(Root.getEnd(), Num);
2180         if (NotCmp && isa<Instruction>(NotCmp)) {
2181           unsigned NumReplacements =
2182             replaceDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, *DT, Root);
2183           Changed |= NumReplacements > 0;
2184           NumGVNEqProp += NumReplacements;
2185         }
2186       }
2187       // Ensure that any instruction in scope that gets the "A < B" value number
2188       // is replaced with false.
2189       // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2190       // have the simple case where the edge dominates the end.
2191       if (RootDominatesEnd)
2192         addToLeaderTable(Num, NotVal, Root.getEnd());
2193
2194       continue;
2195     }
2196   }
2197
2198   return Changed;
2199 }
2200
2201 /// When calculating availability, handle an instruction
2202 /// by inserting it into the appropriate sets
2203 bool GVN::processInstruction(Instruction *I) {
2204   // Ignore dbg info intrinsics.
2205   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2206     return false;
2207
2208   // If the instruction can be easily simplified then do so now in preference
2209   // to value numbering it.  Value numbering often exposes redundancies, for
2210   // example if it determines that %y is equal to %x then the instruction
2211   // "%z = and i32 %x, %y" becomes "%z = and i32 %x, %x" which we now simplify.
2212   const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
2213   if (Value *V = SimplifyInstruction(I, DL, TLI, DT, AC)) {
2214     I->replaceAllUsesWith(V);
2215     if (MD && V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2216       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
2217     markInstructionForDeletion(I);
2218     ++NumGVNSimpl;
2219     return true;
2220   }
2221
2222   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
2223     if (processLoad(LI))
2224       return true;
2225
2226     unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
2227     addToLeaderTable(Num, LI, LI->getParent());
2228     return false;
2229   }
2230
2231   // For conditional branches, we can perform simple conditional propagation on
2232   // the condition value itself.
2233   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
2234     if (!BI->isConditional())
2235       return false;
2236
2237     if (isa<Constant>(BI->getCondition()))
2238       return processFoldableCondBr(BI);
2239
2240     Value *BranchCond = BI->getCondition();
2241     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
2242     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
2243     // Avoid multiple edges early.
2244     if (TrueSucc == FalseSucc)
2245       return false;
2246
2247     BasicBlock *Parent = BI->getParent();
2248     bool Changed = false;
2249
2250     Value *TrueVal = ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
2251     BasicBlockEdge TrueE(Parent, TrueSucc);
2252     Changed |= propagateEquality(BranchCond, TrueVal, TrueE);
2253
2254     Value *FalseVal = ConstantInt::getFalse(FalseSucc->getContext());
2255     BasicBlockEdge FalseE(Parent, FalseSucc);
2256     Changed |= propagateEquality(BranchCond, FalseVal, FalseE);
2257
2258     return Changed;
2259   }
2260
2261   // For switches, propagate the case values into the case destinations.
2262   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(I)) {
2263     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
2264     BasicBlock *Parent = SI->getParent();
2265     bool Changed = false;
2266
2267     // Remember how many outgoing edges there are to every successor.
2268     SmallDenseMap<BasicBlock *, unsigned, 16> SwitchEdges;
2269     for (unsigned i = 0, n = SI->getNumSuccessors(); i != n; ++i)
2270       ++SwitchEdges[SI->getSuccessor(i)];
2271
2272     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2273          i != e; ++i) {
2274       BasicBlock *Dst = i.getCaseSuccessor();
2275       // If there is only a single edge, propagate the case value into it.
2276       if (SwitchEdges.lookup(Dst) == 1) {
2277         BasicBlockEdge E(Parent, Dst);
2278         Changed |= propagateEquality(SwitchCond, i.getCaseValue(), E);
2279       }
2280     }
2281     return Changed;
2282   }
2283
2284   // Instructions with void type don't return a value, so there's
2285   // no point in trying to find redundancies in them.
2286   if (I->getType()->isVoidTy()) return false;
2287
2288   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2289   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
2290
2291   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
2292   // by fast failing them.
2293   if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I) || isa<PHINode>(I)) {
2294     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2295     return false;
2296   }
2297
2298   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
2299   // need to do a lookup to see if the number already exists
2300   // somewhere in the domtree: it can't!
2301   if (Num >= NextNum) {
2302     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2303     return false;
2304   }
2305
2306   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
2307   // dominators.
2308   Value *repl = findLeader(I->getParent(), Num);
2309   if (!repl) {
2310     // Failure, just remember this instance for future use.
2311     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2312     return false;
2313   }
2314
2315   // Remove it!
2316   patchAndReplaceAllUsesWith(I, repl);
2317   if (MD && repl->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2318     MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
2319   markInstructionForDeletion(I);
2320   return true;
2321 }
2322
2323 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
2324 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
2325   if (skipOptnoneFunction(F))
2326     return false;
2327
2328   if (!NoLoads)
2329     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
2330   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2331   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
2332   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
2333   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
2334   VN.setMemDep(MD);
2335   VN.setDomTree(DT);
2336
2337   bool Changed = false;
2338   bool ShouldContinue = true;
2339
2340   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2341   // optimization opportunities.
2342   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2343     BasicBlock *BB = FI++;
2344
2345     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(
2346         BB, DT, /* LoopInfo */ nullptr, VN.getAliasAnalysis(), MD);
2347     if (removedBlock) ++NumGVNBlocks;
2348
2349     Changed |= removedBlock;
2350   }
2351
2352   unsigned Iteration = 0;
2353   while (ShouldContinue) {
2354     DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2355     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2356     Changed |= ShouldContinue;
2357     ++Iteration;
2358   }
2359
2360   if (EnablePRE) {
2361     // Fabricate val-num for dead-code in order to suppress assertion in
2362     // performPRE().
2363     assignValNumForDeadCode();
2364     bool PREChanged = true;
2365     while (PREChanged) {
2366       PREChanged = performPRE(F);
2367       Changed |= PREChanged;
2368     }
2369   }
2370
2371   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2372   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2373   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2374   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2375
2376   cleanupGlobalSets();
2377   // Do not cleanup DeadBlocks in cleanupGlobalSets() as it's called for each
2378   // iteration. 
2379   DeadBlocks.clear();
2380
2381   return Changed;
2382 }
2383
2384
2385 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2386   // FIXME: Kill off InstrsToErase by doing erasing eagerly in a helper function
2387   // (and incrementing BI before processing an instruction).
2388   assert(InstrsToErase.empty() &&
2389          "We expect InstrsToErase to be empty across iterations");
2390   if (DeadBlocks.count(BB))
2391     return false;
2392
2393   bool ChangedFunction = false;
2394
2395   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2396        BI != BE;) {
2397     ChangedFunction |= processInstruction(BI);
2398     if (InstrsToErase.empty()) {
2399       ++BI;
2400       continue;
2401     }
2402
2403     // If we need some instructions deleted, do it now.
2404     NumGVNInstr += InstrsToErase.size();
2405
2406     // Avoid iterator invalidation.
2407     bool AtStart = BI == BB->begin();
2408     if (!AtStart)
2409       --BI;
2410
2411     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::iterator I = InstrsToErase.begin(),
2412          E = InstrsToErase.end(); I != E; ++I) {
2413       DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2414       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2415       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2416       (*I)->eraseFromParent();
2417     }
2418     InstrsToErase.clear();
2419
2420     if (AtStart)
2421       BI = BB->begin();
2422     else
2423       ++BI;
2424   }
2425
2426   return ChangedFunction;
2427 }
2428
2429 // Instantiate an expression in a predecessor that lacked it.
2430 bool GVN::performScalarPREInsertion(Instruction *Instr, BasicBlock *Pred,
2431                                     unsigned int ValNo) {
2432   // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2433   // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2434   // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2435   // in this loop.
2436   bool success = true;
2437   for (unsigned i = 0, e = Instr->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2438     Value *Op = Instr->getOperand(i);
2439     if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2440       continue;
2441
2442     if (Value *V = findLeader(Pred, VN.lookup(Op))) {
2443       Instr->setOperand(i, V);
2444     } else {
2445       success = false;
2446       break;
2447     }
2448   }
2449
2450   // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2451   // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2452   // are not value numbered precisely.
2453   if (!success)
2454     return false;
2455
2456   Instr->insertBefore(Pred->getTerminator());
2457   Instr->setName(Instr->getName() + ".pre");
2458   Instr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
2459   VN.add(Instr, ValNo);
2460
2461   // Update the availability map to include the new instruction.
2462   addToLeaderTable(ValNo, Instr, Pred);
2463   return true;
2464 }
2465
2466 bool GVN::performScalarPRE(Instruction *CurInst) {
2467   SmallVector<std::pair<Value*, BasicBlock*>, 8> predMap;
2468
2469   if (isa<AllocaInst>(CurInst) || isa<TerminatorInst>(CurInst) ||
2470       isa<PHINode>(CurInst) || CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2471       CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2472       isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2473     return false;
2474
2475   // Don't do PRE on compares. The PHI would prevent CodeGenPrepare from
2476   // sinking the compare again, and it would force the code generator to
2477   // move the i1 from processor flags or predicate registers into a general
2478   // purpose register.
2479   if (isa<CmpInst>(CurInst))
2480     return false;
2481
2482   // We don't currently value number ANY inline asm calls.
2483   if (CallInst *CallI = dyn_cast<CallInst>(CurInst))
2484     if (CallI->isInlineAsm())
2485       return false;
2486
2487   uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2488
2489   // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2490   // only trying to solve the basic diamond case, where
2491   // a value is computed in the successor and one predecessor,
2492   // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2493   // where the successor is its own predecessor, because they're
2494   // more complicated to get right.
2495   unsigned NumWith = 0;
2496   unsigned NumWithout = 0;
2497   BasicBlock *PREPred = nullptr;
2498   BasicBlock *CurrentBlock = CurInst->getParent();
2499   predMap.clear();
2500
2501   for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock), PE = pred_end(CurrentBlock);
2502        PI != PE; ++PI) {
2503     BasicBlock *P = *PI;
2504     // We're not interested in PRE where the block is its
2505     // own predecessor, or in blocks with predecessors
2506     // that are not reachable.
2507     if (P == CurrentBlock) {
2508       NumWithout = 2;
2509       break;
2510     } else if (!DT->isReachableFromEntry(P)) {
2511       NumWithout = 2;
2512       break;
2513     }
2514
2515     Value *predV = findLeader(P, ValNo);
2516     if (!predV) {
2517       predMap.push_back(std::make_pair(static_cast<Value *>(nullptr), P));
2518       PREPred = P;
2519       ++NumWithout;
2520     } else if (predV == CurInst) {
2521       /* CurInst dominates this predecessor. */
2522       NumWithout = 2;
2523       break;
2524     } else {
2525       predMap.push_back(std::make_pair(predV, P));
2526       ++NumWith;
2527     }
2528   }
2529
2530   // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2531   // we would need to insert instructions in more than one pred.
2532   if (NumWithout > 1 || NumWith == 0)
2533     return false;
2534
2535   // We may have a case where all predecessors have the instruction,
2536   // and we just need to insert a phi node. Otherwise, perform
2537   // insertion.
2538   Instruction *PREInstr = nullptr;
2539
2540   if (NumWithout != 0) {
2541     // Don't do PRE across indirect branch.
2542     if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2543       return false;
2544
2545     // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2546     // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2547     // on the function.
2548     unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2549     if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2550       toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2551       return false;
2552     }
2553     // We need to insert somewhere, so let's give it a shot
2554     PREInstr = CurInst->clone();
2555     if (!performScalarPREInsertion(PREInstr, PREPred, ValNo)) {
2556       // If we failed insertion, make sure we remove the instruction.
2557       DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2558       delete PREInstr;
2559       return false;
2560     }
2561   }
2562
2563   // Either we should have filled in the PRE instruction, or we should
2564   // not have needed insertions.
2565   assert (PREInstr != nullptr || NumWithout == 0);
2566
2567   ++NumGVNPRE;
2568
2569   // Create a PHI to make the value available in this block.
2570   PHINode *Phi =
2571       PHINode::Create(CurInst->getType(), predMap.size(),
2572                       CurInst->getName() + ".pre-phi", CurrentBlock->begin());
2573   for (unsigned i = 0, e = predMap.size(); i != e; ++i) {
2574     if (Value *V = predMap[i].first)
2575       Phi->addIncoming(V, predMap[i].second);
2576     else
2577       Phi->addIncoming(PREInstr, PREPred);
2578   }
2579
2580   VN.add(Phi, ValNo);
2581   addToLeaderTable(ValNo, Phi, CurrentBlock);
2582   Phi->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2583   CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2584   if (Phi->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) {
2585     // Because we have added a PHI-use of the pointer value, it has now
2586     // "escaped" from alias analysis' perspective.  We need to inform
2587     // AA of this.
2588     for (unsigned ii = 0, ee = Phi->getNumIncomingValues(); ii != ee; ++ii) {
2589       unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
2590       VN.getAliasAnalysis()->addEscapingUse(Phi->getOperandUse(jj));
2591     }
2592
2593     if (MD)
2594       MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2595   }
2596   VN.erase(CurInst);
2597   removeFromLeaderTable(ValNo, CurInst, CurrentBlock);
2598
2599   DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2600   if (MD)
2601     MD->removeInstruction(CurInst);
2602   DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2603   CurInst->eraseFromParent();
2604   ++NumGVNInstr;
2605   
2606   return true;
2607 }
2608
2609 /// Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2610 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2611 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2612   bool Changed = false;
2613   for (BasicBlock *CurrentBlock : depth_first(&F.getEntryBlock())) {
2614     // Nothing to PRE in the entry block.
2615     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock())
2616       continue;
2617
2618     // Don't perform PRE on a landing pad.
2619     if (CurrentBlock->isLandingPad())
2620       continue;
2621
2622     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2623                               BE = CurrentBlock->end();
2624          BI != BE;) {
2625       Instruction *CurInst = BI++;
2626       Changed = performScalarPRE(CurInst);
2627     }
2628   }
2629
2630   if (splitCriticalEdges())
2631     Changed = true;
2632
2633   return Changed;
2634 }
2635
2636 /// Split the critical edge connecting the given two blocks, and return
2637 /// the block inserted to the critical edge.
2638 BasicBlock *GVN::splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ) {
2639   BasicBlock *BB = SplitCriticalEdge(
2640       Pred, Succ, CriticalEdgeSplittingOptions(getAliasAnalysis(), DT));
2641   if (MD)
2642     MD->invalidateCachedPredecessors();
2643   return BB;
2644 }
2645
2646 /// Split critical edges found during the previous
2647 /// iteration that may enable further optimization.
2648 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2649   if (toSplit.empty())
2650     return false;
2651   do {
2652     std::pair<TerminatorInst*, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2653     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second,
2654                       CriticalEdgeSplittingOptions(getAliasAnalysis(), DT));
2655   } while (!toSplit.empty());
2656   if (MD) MD->invalidateCachedPredecessors();
2657   return true;
2658 }
2659
2660 /// Executes one iteration of GVN
2661 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2662   cleanupGlobalSets();
2663
2664   // Top-down walk of the dominator tree
2665   bool Changed = false;
2666   // Save the blocks this function have before transformation begins. GVN may
2667   // split critical edge, and hence may invalidate the RPO/DT iterator.
2668   //
2669   std::vector<BasicBlock *> BBVect;
2670   BBVect.reserve(256);
2671   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2672   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
2673   for (ReversePostOrderTraversal<Function *>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2674                                                            RE = RPOT.end();
2675        RI != RE; ++RI)
2676     BBVect.push_back(*RI);
2677
2678   for (std::vector<BasicBlock *>::iterator I = BBVect.begin(), E = BBVect.end();
2679        I != E; I++)
2680     Changed |= processBlock(*I);
2681
2682   return Changed;
2683 }
2684
2685 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2686   VN.clear();
2687   LeaderTable.clear();
2688   TableAllocator.Reset();
2689 }
2690
2691 /// Verify that the specified instruction does not occur in our
2692 /// internal data structures.
2693 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2694   VN.verifyRemoved(Inst);
2695
2696   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2697   // ferreted away in it.
2698   for (DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry>::const_iterator
2699        I = LeaderTable.begin(), E = LeaderTable.end(); I != E; ++I) {
2700     const LeaderTableEntry *Node = &I->second;
2701     assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2702
2703     while (Node->Next) {
2704       Node = Node->Next;
2705       assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2706     }
2707   }
2708 }
2709
2710 /// BB is declared dead, which implied other blocks become dead as well. This
2711 /// function is to add all these blocks to "DeadBlocks". For the dead blocks'
2712 /// live successors, update their phi nodes by replacing the operands
2713 /// corresponding to dead blocks with UndefVal.
2714 void GVN::addDeadBlock(BasicBlock *BB) {
2715   SmallVector<BasicBlock *, 4> NewDead;
2716   SmallSetVector<BasicBlock *, 4> DF;
2717
2718   NewDead.push_back(BB);
2719   while (!NewDead.empty()) {
2720     BasicBlock *D = NewDead.pop_back_val();
2721     if (DeadBlocks.count(D))
2722       continue;
2723
2724     // All blocks dominated by D are dead.
2725     SmallVector<BasicBlock *, 8> Dom;
2726     DT->getDescendants(D, Dom);
2727     DeadBlocks.insert(Dom.begin(), Dom.end());
2728     
2729     // Figure out the dominance-frontier(D).
2730     for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = Dom.begin(),
2731            E = Dom.end(); I != E; I++) {
2732       BasicBlock *B = *I;
2733       for (succ_iterator SI = succ_begin(B), SE = succ_end(B); SI != SE; SI++) {
2734         BasicBlock *S = *SI;
2735         if (DeadBlocks.count(S))
2736           continue;
2737
2738         bool AllPredDead = true;
2739         for (pred_iterator PI = pred_begin(S), PE = pred_end(S); PI != PE; PI++)
2740           if (!DeadBlocks.count(*PI)) {
2741             AllPredDead = false;
2742             break;
2743           }
2744
2745         if (!AllPredDead) {
2746           // S could be proved dead later on. That is why we don't update phi
2747           // operands at this moment.
2748           DF.insert(S);
2749         } else {
2750           // While S is not dominated by D, it is dead by now. This could take
2751           // place if S already have a dead predecessor before D is declared
2752           // dead.
2753           NewDead.push_back(S);
2754         }
2755       }
2756     }
2757   }
2758
2759   // For the dead blocks' live successors, update their phi nodes by replacing
2760   // the operands corresponding to dead blocks with UndefVal.
2761   for(SmallSetVector<BasicBlock *, 4>::iterator I = DF.begin(), E = DF.end();
2762         I != E; I++) {
2763     BasicBlock *B = *I;
2764     if (DeadBlocks.count(B))
2765       continue;
2766
2767     SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds(pred_begin(B), pred_end(B));
2768     for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator PI = Preds.begin(),
2769            PE = Preds.end(); PI != PE; PI++) {
2770       BasicBlock *P = *PI;
2771
2772       if (!DeadBlocks.count(P))
2773         continue;
2774
2775       if (isCriticalEdge(P->getTerminator(), GetSuccessorNumber(P, B))) {
2776         if (BasicBlock *S = splitCriticalEdges(P, B))
2777           DeadBlocks.insert(P = S);
2778       }
2779
2780       for (BasicBlock::iterator II = B->begin(); isa<PHINode>(II); ++II) {
2781         PHINode &Phi = cast<PHINode>(*II);
2782         Phi.setIncomingValue(Phi.getBasicBlockIndex(P),
2783                              UndefValue::get(Phi.getType()));
2784       }
2785     }
2786   }
2787 }
2788
2789 // If the given branch is recognized as a foldable branch (i.e. conditional
2790 // branch with constant condition), it will perform following analyses and
2791 // transformation.
2792 //  1) If the dead out-coming edge is a critical-edge, split it. Let 
2793 //     R be the target of the dead out-coming edge.
2794 //  1) Identify the set of dead blocks implied by the branch's dead outcoming
2795 //     edge. The result of this step will be {X| X is dominated by R}
2796 //  2) Identify those blocks which haves at least one dead prodecessor. The
2797 //     result of this step will be dominance-frontier(R).
2798 //  3) Update the PHIs in DF(R) by replacing the operands corresponding to 
2799 //     dead blocks with "UndefVal" in an hope these PHIs will optimized away.
2800 //
2801 // Return true iff *NEW* dead code are found.
2802 bool GVN::processFoldableCondBr(BranchInst *BI) {
2803   if (!BI || BI->isUnconditional())
2804     return false;
2805
2806   // If a branch has two identical successors, we cannot declare either dead.
2807   if (BI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2808     return false;
2809
2810   ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(BI->getCondition());
2811   if (!Cond)
2812     return false;
2813
2814   BasicBlock *DeadRoot = Cond->getZExtValue() ? 
2815                          BI->getSuccessor(1) : BI->getSuccessor(0);
2816   if (DeadBlocks.count(DeadRoot))
2817     return false;
2818
2819   if (!DeadRoot->getSinglePredecessor())
2820     DeadRoot = splitCriticalEdges(BI->getParent(), DeadRoot);
2821
2822   addDeadBlock(DeadRoot);
2823   return true;
2824 }
2825
2826 // performPRE() will trigger assert if it comes across an instruction without
2827 // associated val-num. As it normally has far more live instructions than dead
2828 // instructions, it makes more sense just to "fabricate" a val-number for the
2829 // dead code than checking if instruction involved is dead or not.
2830 void GVN::assignValNumForDeadCode() {
2831   for (SetVector<BasicBlock *>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
2832         E = DeadBlocks.end(); I != E; I++) {
2833     BasicBlock *BB = *I;
2834     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EE = BB->end();
2835           II != EE; II++) {
2836       Instruction *Inst = &*II;
2837       unsigned ValNum = VN.lookup_or_add(Inst);
2838       addToLeaderTable(ValNum, Inst, BB);
2839     }
2840   }
2841 }