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