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