lib/Transforms/Scalar/GVN.cpp

   1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass performs global value numbering to eliminate fully redundant
  11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
  12 //
  13 // Note that this pass does the value numbering itself; it does not use the
  14 // ValueNumbering analysis passes.
  15 //
  16 //===----------------------------------------------------------------------===//
  17
  18 #define DEBUG_TYPE "gvn"
  19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  20 #include "llvm/BasicBlock.h"
  21 #include "llvm/Constants.h"
  22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  23 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  24 #include "llvm/Function.h"
  25 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  26 #include "llvm/LLVMContext.h"
  27 #include "llvm/Operator.h"
  28 #include "llvm/Value.h"
  29 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  30 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  31 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
  32 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  33 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  35 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  36 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  37 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  38 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
  39 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
  40 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
  41 #include "llvm/Support/CFG.h"
  42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  43 #include "llvm/Support/Debug.h"
  44 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  45 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  46 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
  47 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  48 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  49 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  50 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  51 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
  52 using namespace llvm;
  53
  54 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
  55 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
  56 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
  57 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
  58 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
  59
  60 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
  61                                cl::init(true), cl::Hidden);
  62 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
  63 static cl::opt<bool> EnableFullLoadPRE("enable-full-load-pre", cl::init(false));
  64
  65 //===----------------------------------------------------------------------===//
  66 //                         ValueTable Class
  67 //===----------------------------------------------------------------------===//
  68
  69 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
  70 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
  71 /// two values.
  72 namespace {
  73   struct Expression {
  74     enum ExpressionOpcode {
  75       ADD = Instruction::Add,
  76       FADD = Instruction::FAdd,
  77       SUB = Instruction::Sub,
  78       FSUB = Instruction::FSub,
  79       MUL = Instruction::Mul,
  80       FMUL = Instruction::FMul,
  81       UDIV = Instruction::UDiv,
  82       SDIV = Instruction::SDiv,
  83       FDIV = Instruction::FDiv,
  84       UREM = Instruction::URem,
  85       SREM = Instruction::SRem,
  86       FREM = Instruction::FRem,
  87       SHL = Instruction::Shl,
  88       LSHR = Instruction::LShr,
  89       ASHR = Instruction::AShr,
  90       AND = Instruction::And,
  91       OR = Instruction::Or,
  92       XOR = Instruction::Xor,
  93       TRUNC = Instruction::Trunc,
  94       ZEXT = Instruction::ZExt,
  95       SEXT = Instruction::SExt,
  96       FPTOUI = Instruction::FPToUI,
  97       FPTOSI = Instruction::FPToSI,
  98       UITOFP = Instruction::UIToFP,
  99       SITOFP = Instruction::SIToFP,
 100       FPTRUNC = Instruction::FPTrunc,
 101       FPEXT = Instruction::FPExt,
 102       PTRTOINT = Instruction::PtrToInt,
 103       INTTOPTR = Instruction::IntToPtr,
 104       BITCAST = Instruction::BitCast,
 105       ICMPEQ, ICMPNE, ICMPUGT, ICMPUGE, ICMPULT, ICMPULE,
 106       ICMPSGT, ICMPSGE, ICMPSLT, ICMPSLE, FCMPOEQ,
 107       FCMPOGT, FCMPOGE, FCMPOLT, FCMPOLE, FCMPONE,
 108       FCMPORD, FCMPUNO, FCMPUEQ, FCMPUGT, FCMPUGE,
 109       FCMPULT, FCMPULE, FCMPUNE, EXTRACT, INSERT,
 110       SHUFFLE, SELECT, GEP, CALL, CONSTANT,
 111       INSERTVALUE, EXTRACTVALUE, EMPTY, TOMBSTONE };
 112
 113     ExpressionOpcode opcode;
 114     const Type* type;
 115     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
 116     Value *function;
 117
 118     Expression() { }
 119     Expression(ExpressionOpcode o) : opcode(o) { }
 120
 121     bool operator==(const Expression &other) const {
 122       if (opcode != other.opcode)
 123         return false;
 124       else if (opcode == EMPTY || opcode == TOMBSTONE)
 125         return true;
 126       else if (type != other.type)
 127         return false;
 128       else if (function != other.function)
 129         return false;
 130       else {
 131         if (varargs.size() != other.varargs.size())
 132           return false;
 133
 134         for (size_t i = 0; i < varargs.size(); ++i)
 135           if (varargs[i] != other.varargs[i])
 136             return false;
 137
 138         return true;
 139       }
 140     }
 141
 142     bool operator!=(const Expression &other) const {
 143       return !(*this == other);
 144     }
 145   };
 146
 147   class ValueTable {
 148     private:
 149       DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
 150       DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
 151       AliasAnalysis* AA;
 152       MemoryDependenceAnalysis* MD;
 153       DominatorTree* DT;
 154
 155       uint32_t nextValueNumber;
 156
 157       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CmpInst* C);
 158       Expression create_expression(BinaryOperator* BO);
 159       Expression create_expression(CmpInst* C);
 160       Expression create_expression(ShuffleVectorInst* V);
 161       Expression create_expression(ExtractElementInst* C);
 162       Expression create_expression(InsertElementInst* V);
 163       Expression create_expression(SelectInst* V);
 164       Expression create_expression(CastInst* C);
 165       Expression create_expression(GetElementPtrInst* G);
 166       Expression create_expression(CallInst* C);
 167       Expression create_expression(Constant* C);
 168       Expression create_expression(ExtractValueInst* C);
 169       Expression create_expression(InsertValueInst* C);
 170
 171       uint32_t lookup_or_add_call(CallInst* C);
 172     public:
 173       ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
 174       uint32_t lookup_or_add(Value *V);
 175       uint32_t lookup(Value *V) const;
 176       void add(Value *V, uint32_t num);
 177       void clear();
 178       void erase(Value *v);
 179       unsigned size();
 180       void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
 181       AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
 182       void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
 183       void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
 184       uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
 185       void verifyRemoved(const Value *) const;
 186   };
 187 }
 188
 189 namespace llvm {
 190 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
 191   static inline Expression getEmptyKey() {
 192     return Expression(Expression::EMPTY);
 193   }
 194
 195   static inline Expression getTombstoneKey() {
 196     return Expression(Expression::TOMBSTONE);
 197   }
 198
 199   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
 200     unsigned hash = e.opcode;
 201
 202     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.type >> 4) ^
 203             (unsigned)((uintptr_t)e.type >> 9));
 204
 205     for (SmallVector<uint32_t, 4>::const_iterator I = e.varargs.begin(),
 206          E = e.varargs.end(); I != E; ++I)
 207       hash = *I + hash * 37;
 208
 209     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.function >> 4) ^
 210             (unsigned)((uintptr_t)e.function >> 9)) +
 211            hash * 37;
 212
 213     return hash;
 214   }
 215   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
 216     return LHS == RHS;
 217   }
 218 };
 219
 220 template <>
 221 struct isPodLike<Expression> { static const bool value = true; };
 222
 223 }
 224
 225 //===----------------------------------------------------------------------===//
 226 //                     ValueTable Internal Functions
 227 //===----------------------------------------------------------------------===//
 228
 229 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(CmpInst* C) {
 230   if (isa<ICmpInst>(C)) {
 231     switch (C->getPredicate()) {
 232     default:  // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 233       llvm_unreachable("Comparison with unknown predicate?");
 234     case ICmpInst::ICMP_EQ:  return Expression::ICMPEQ;
 235     case ICmpInst::ICMP_NE:  return Expression::ICMPNE;
 236     case ICmpInst::ICMP_UGT: return Expression::ICMPUGT;
 237     case ICmpInst::ICMP_UGE: return Expression::ICMPUGE;
 238     case ICmpInst::ICMP_ULT: return Expression::ICMPULT;
 239     case ICmpInst::ICMP_ULE: return Expression::ICMPULE;
 240     case ICmpInst::ICMP_SGT: return Expression::ICMPSGT;
 241     case ICmpInst::ICMP_SGE: return Expression::ICMPSGE;
 242     case ICmpInst::ICMP_SLT: return Expression::ICMPSLT;
 243     case ICmpInst::ICMP_SLE: return Expression::ICMPSLE;
 244     }
 245   } else {
 246     switch (C->getPredicate()) {
 247     default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 248       llvm_unreachable("Comparison with unknown predicate?");
 249     case FCmpInst::FCMP_OEQ: return Expression::FCMPOEQ;
 250     case FCmpInst::FCMP_OGT: return Expression::FCMPOGT;
 251     case FCmpInst::FCMP_OGE: return Expression::FCMPOGE;
 252     case FCmpInst::FCMP_OLT: return Expression::FCMPOLT;
 253     case FCmpInst::FCMP_OLE: return Expression::FCMPOLE;
 254     case FCmpInst::FCMP_ONE: return Expression::FCMPONE;
 255     case FCmpInst::FCMP_ORD: return Expression::FCMPORD;
 256     case FCmpInst::FCMP_UNO: return Expression::FCMPUNO;
 257     case FCmpInst::FCMP_UEQ: return Expression::FCMPUEQ;
 258     case FCmpInst::FCMP_UGT: return Expression::FCMPUGT;
 259     case FCmpInst::FCMP_UGE: return Expression::FCMPUGE;
 260     case FCmpInst::FCMP_ULT: return Expression::FCMPULT;
 261     case FCmpInst::FCMP_ULE: return Expression::FCMPULE;
 262     case FCmpInst::FCMP_UNE: return Expression::FCMPUNE;
 263     }
 264   }
 265 }
 266
 267 Expression ValueTable::create_expression(CallInst* C) {
 268   Expression e;
 269
 270   e.type = C->getType();
 271   e.function = C->getCalledFunction();
 272   e.opcode = Expression::CALL;
 273
 274   for (CallInst::op_iterator I = C->op_begin()+1, E = C->op_end();
 275        I != E; ++I)
 276     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 277
 278   return e;
 279 }
 280
 281 Expression ValueTable::create_expression(BinaryOperator* BO) {
 282   Expression e;
 283   e.varargs.push_back(lookup_or_add(BO->getOperand(0)));
 284   e.varargs.push_back(lookup_or_add(BO->getOperand(1)));
 285   e.function = 0;
 286   e.type = BO->getType();
 287   e.opcode = static_cast<Expression::ExpressionOpcode>(BO->getOpcode());
 288
 289   return e;
 290 }
 291
 292 Expression ValueTable::create_expression(CmpInst* C) {
 293   Expression e;
 294
 295   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(0)));
 296   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(1)));
 297   e.function = 0;
 298   e.type = C->getType();
 299   e.opcode = getOpcode(C);
 300
 301   return e;
 302 }
 303
 304 Expression ValueTable::create_expression(CastInst* C) {
 305   Expression e;
 306
 307   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(0)));
 308   e.function = 0;
 309   e.type = C->getType();
 310   e.opcode = static_cast<Expression::ExpressionOpcode>(C->getOpcode());
 311
 312   return e;
 313 }
 314
 315 Expression ValueTable::create_expression(ShuffleVectorInst* S) {
 316   Expression e;
 317
 318   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(0)));
 319   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(1)));
 320   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(2)));
 321   e.function = 0;
 322   e.type = S->getType();
 323   e.opcode = Expression::SHUFFLE;
 324
 325   return e;
 326 }
 327
 328 Expression ValueTable::create_expression(ExtractElementInst* E) {
 329   Expression e;
 330
 331   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getOperand(0)));
 332   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getOperand(1)));
 333   e.function = 0;
 334   e.type = E->getType();
 335   e.opcode = Expression::EXTRACT;
 336
 337   return e;
 338 }
 339
 340 Expression ValueTable::create_expression(InsertElementInst* I) {
 341   Expression e;
 342
 343   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(0)));
 344   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(1)));
 345   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(2)));
 346   e.function = 0;
 347   e.type = I->getType();
 348   e.opcode = Expression::INSERT;
 349
 350   return e;
 351 }
 352
 353 Expression ValueTable::create_expression(SelectInst* I) {
 354   Expression e;
 355
 356   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getCondition()));
 357   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getTrueValue()));
 358   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getFalseValue()));
 359   e.function = 0;
 360   e.type = I->getType();
 361   e.opcode = Expression::SELECT;
 362
 363   return e;
 364 }
 365
 366 Expression ValueTable::create_expression(GetElementPtrInst* G) {
 367   Expression e;
 368
 369   e.varargs.push_back(lookup_or_add(G->getPointerOperand()));
 370   e.function = 0;
 371   e.type = G->getType();
 372   e.opcode = Expression::GEP;
 373
 374   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = G->idx_begin(), E = G->idx_end();
 375        I != E; ++I)
 376     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 377
 378   return e;
 379 }
 380
 381 Expression ValueTable::create_expression(ExtractValueInst* E) {
 382   Expression e;
 383
 384   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getAggregateOperand()));
 385   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
 386        II != IE; ++II)
 387     e.varargs.push_back(*II);
 388   e.function = 0;
 389   e.type = E->getType();
 390   e.opcode = Expression::EXTRACTVALUE;
 391
 392   return e;
 393 }
 394
 395 Expression ValueTable::create_expression(InsertValueInst* E) {
 396   Expression e;
 397
 398   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getAggregateOperand()));
 399   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getInsertedValueOperand()));
 400   for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
 401        II != IE; ++II)
 402     e.varargs.push_back(*II);
 403   e.function = 0;
 404   e.type = E->getType();
 405   e.opcode = Expression::INSERTVALUE;
 406
 407   return e;
 408 }
 409
 410 //===----------------------------------------------------------------------===//
 411 //                     ValueTable External Functions
 412 //===----------------------------------------------------------------------===//
 413
 414 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
 415 void ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
 416   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
 417 }
 418
 419 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_call(CallInst* C) {
 420   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
 421     Expression exp = create_expression(C);
 422     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 423     if (!e) e = nextValueNumber++;
 424     valueNumbering[C] = e;
 425     return e;
 426   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
 427     Expression exp = create_expression(C);
 428     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 429     if (!e) {
 430       e = nextValueNumber++;
 431       valueNumbering[C] = e;
 432       return e;
 433     }
 434     if (!MD) {
 435       e = nextValueNumber++;
 436       valueNumbering[C] = e;
 437       return e;
 438     }
 439
 440     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
 441
 442     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
 443       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
 444       return nextValueNumber++;
 445     }
 446
 447     if (local_dep.isDef()) {
 448       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
 449
 450       if (local_cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
 451         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 452         return nextValueNumber++;
 453       }
 454
 455       for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
 456         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
 457         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getOperand(i));
 458         if (c_vn != cd_vn) {
 459           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 460           return nextValueNumber++;
 461         }
 462       }
 463
 464       uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
 465       valueNumbering[C] = v;
 466       return v;
 467     }
 468
 469     // Non-local case.
 470     const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
 471       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
 472     // FIXME: call/call dependencies for readonly calls should return def, not
 473     // clobber!  Move the checking logic to MemDep!
 474     CallInst* cdep = 0;
 475
 476     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
 477     // identical to C.
 478     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
 479       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
 480       // Ignore non-local dependencies.
 481       if (I->getResult().isNonLocal())
 482         continue;
 483
 484       // We don't handle non-depedencies.  If we already have a call, reject
 485       // instruction dependencies.
 486       if (I->getResult().isClobber() || cdep != 0) {
 487         cdep = 0;
 488         break;
 489       }
 490
 491       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
 492       // FIXME: All duplicated with non-local case.
 493       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
 494         cdep = NonLocalDepCall;
 495         continue;
 496       }
 497
 498       cdep = 0;
 499       break;
 500     }
 501
 502     if (!cdep) {
 503       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 504       return nextValueNumber++;
 505     }
 506
 507     if (cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
 508       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 509       return nextValueNumber++;
 510     }
 511     for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
 512       uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
 513       uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getOperand(i));
 514       if (c_vn != cd_vn) {
 515         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 516         return nextValueNumber++;
 517       }
 518     }
 519
 520     uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
 521     valueNumbering[C] = v;
 522     return v;
 523
 524   } else {
 525     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 526     return nextValueNumber++;
 527   }
 528 }
 529
 530 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
 531 /// it a new number if it did not have one before.
 532 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value *V) {
 533   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
 534   if (VI != valueNumbering.end())
 535     return VI->second;
 536
 537   if (!isa<Instruction>(V)) {
 538     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
 539     return nextValueNumber++;
 540   }
 541
 542   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
 543   Expression exp;
 544   switch (I->getOpcode()) {
 545     case Instruction::Call:
 546       return lookup_or_add_call(cast<CallInst>(I));
 547     case Instruction::Add:
 548     case Instruction::FAdd:
 549     case Instruction::Sub:
 550     case Instruction::FSub:
 551     case Instruction::Mul:
 552     case Instruction::FMul:
 553     case Instruction::UDiv:
 554     case Instruction::SDiv:
 555     case Instruction::FDiv:
 556     case Instruction::URem:
 557     case Instruction::SRem:
 558     case Instruction::FRem:
 559     case Instruction::Shl:
 560     case Instruction::LShr:
 561     case Instruction::AShr:
 562     case Instruction::And:
 563     case Instruction::Or :
 564     case Instruction::Xor:
 565       exp = create_expression(cast<BinaryOperator>(I));
 566       break;
 567     case Instruction::ICmp:
 568     case Instruction::FCmp:
 569       exp = create_expression(cast<CmpInst>(I));
 570       break;
 571     case Instruction::Trunc:
 572     case Instruction::ZExt:
 573     case Instruction::SExt:
 574     case Instruction::FPToUI:
 575     case Instruction::FPToSI:
 576     case Instruction::UIToFP:
 577     case Instruction::SIToFP:
 578     case Instruction::FPTrunc:
 579     case Instruction::FPExt:
 580     case Instruction::PtrToInt:
 581     case Instruction::IntToPtr:
 582     case Instruction::BitCast:
 583       exp = create_expression(cast<CastInst>(I));
 584       break;
 585     case Instruction::Select:
 586       exp = create_expression(cast<SelectInst>(I));
 587       break;
 588     case Instruction::ExtractElement:
 589       exp = create_expression(cast<ExtractElementInst>(I));
 590       break;
 591     case Instruction::InsertElement:
 592       exp = create_expression(cast<InsertElementInst>(I));
 593       break;
 594     case Instruction::ShuffleVector:
 595       exp = create_expression(cast<ShuffleVectorInst>(I));
 596       break;
 597     case Instruction::ExtractValue:
 598       exp = create_expression(cast<ExtractValueInst>(I));
 599       break;
 600     case Instruction::InsertValue:
 601       exp = create_expression(cast<InsertValueInst>(I));
 602       break;
 603     case Instruction::GetElementPtr:
 604       exp = create_expression(cast<GetElementPtrInst>(I));
 605       break;
 606     default:
 607       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
 608       return nextValueNumber++;
 609   }
 610
 611   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 612   if (!e) e = nextValueNumber++;
 613   valueNumbering[V] = e;
 614   return e;
 615 }
 616
 617 /// lookup - Returns the value number of the specified value. Fails if
 618 /// the value has not yet been numbered.
 619 uint32_t ValueTable::lookup(Value *V) const {
 620   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
 621   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
 622   return VI->second;
 623 }
 624
 625 /// clear - Remove all entries from the ValueTable
 626 void ValueTable::clear() {
 627   valueNumbering.clear();
 628   expressionNumbering.clear();
 629   nextValueNumber = 1;
 630 }
 631
 632 /// erase - Remove a value from the value numbering
 633 void ValueTable::erase(Value *V) {
 634   valueNumbering.erase(V);
 635 }
 636
 637 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
 638 /// structures.
 639 void ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
 640   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
 641          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
 642     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
 643   }
 644 }
 645
 646 //===----------------------------------------------------------------------===//
 647 //                                GVN Pass
 648 //===----------------------------------------------------------------------===//
 649
 650 namespace {
 651   struct ValueNumberScope {
 652     ValueNumberScope* parent;
 653     DenseMap<uint32_t, Value*> table;
 654
 655     ValueNumberScope(ValueNumberScope* p) : parent(p) { }
 656   };
 657 }
 658
 659 namespace {
 660
 661   class GVN : public FunctionPass {
 662     bool runOnFunction(Function &F);
 663   public:
 664     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 665     explicit GVN(bool noloads = false)
 666       : FunctionPass(&ID), NoLoads(noloads), MD(0) { }
 667
 668   private:
 669     bool NoLoads;
 670     MemoryDependenceAnalysis *MD;
 671     DominatorTree *DT;
 672
 673     ValueTable VN;
 674     DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*> localAvail;
 675
 676     // List of critical edges to be split between iterations.
 677     SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
 678
 679     // This transformation requires dominator postdominator info
 680     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 681       AU.addRequired<DominatorTree>();
 682       if (!NoLoads)
 683         AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
 684       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 685
 686       AU.addPreserved<DominatorTree>();
 687       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
 688     }
 689
 690     // Helper fuctions
 691     // FIXME: eliminate or document these better
 692     bool processLoad(LoadInst* L,
 693                      SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 694     bool processInstruction(Instruction *I,
 695                             SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 696     bool processNonLocalLoad(LoadInst* L,
 697                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 698     bool processBlock(BasicBlock *BB);
 699     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d);
 700     bool iterateOnFunction(Function &F);
 701     Value *CollapsePhi(PHINode* p);
 702     bool performPRE(Function& F);
 703     Value *lookupNumber(BasicBlock *BB, uint32_t num);
 704     void cleanupGlobalSets();
 705     void verifyRemoved(const Instruction *I) const;
 706     bool splitCriticalEdges();
 707   };
 708
 709   char GVN::ID = 0;
 710 }
 711
 712 // createGVNPass - The public interface to this file...
 713 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoLoads) {
 714   return new GVN(NoLoads);
 715 }
 716
 717 static RegisterPass<GVN> X("gvn",
 718                            "Global Value Numbering");
 719
 720 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
 721   errs() << "{\n";
 722   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
 723        E = d.end(); I != E; ++I) {
 724       errs() << I->first << "\n";
 725       I->second->dump();
 726   }
 727   errs() << "}\n";
 728 }
 729
 730 static bool isSafeReplacement(PHINode* p, Instruction *inst) {
 731   if (!isa<PHINode>(inst))
 732     return true;
 733
 734   for (Instruction::use_iterator UI = p->use_begin(), E = p->use_end();
 735        UI != E; ++UI)
 736     if (PHINode* use_phi = dyn_cast<PHINode>(UI))
 737       if (use_phi->getParent() == inst->getParent())
 738         return false;
 739
 740   return true;
 741 }
 742
 743 Value *GVN::CollapsePhi(PHINode *PN) {
 744   Value *ConstVal = PN->hasConstantValue(DT);
 745   if (!ConstVal) return 0;
 746
 747   Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(ConstVal);
 748   if (!Inst)
 749     return ConstVal;
 750
 751   if (DT->dominates(Inst, PN))
 752     if (isSafeReplacement(PN, Inst))
 753       return Inst;
 754   return 0;
 755 }
 756
 757 /// IsValueFullyAvailableInBlock - Return true if we can prove that the value
 758 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
 759 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
 760 /// map is actually a tri-state map with the following values:
 761 ///   0) we know the block *is not* fully available.
 762 ///   1) we know the block *is* fully available.
 763 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
 764 ///      currently speculating that it will be.
 765 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
 766 ///      other blocks.
 767 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
 768                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks) {
 769   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
 770   // if we already know about this block in one lookup.
 771   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
 772     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
 773
 774   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
 775   if (!IV.second) {
 776     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
 777     // speculation of other blocks.
 778     if (IV.first->second == 2)
 779       IV.first->second = 3;
 780     return IV.first->second != 0;
 781   }
 782
 783   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
 784   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
 785
 786   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
 787   if (PI == PE)
 788     goto SpeculationFailure;
 789
 790   for (; PI != PE; ++PI)
 791     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
 792     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
 793     // optimistic assumption and bail out.
 794     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
 795       goto SpeculationFailure;
 796
 797   return true;
 798
 799 // SpeculationFailure - If we get here, we found out that this is not, after
 800 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
 801 // used the speculation to mark other blocks as available.
 802 SpeculationFailure:
 803   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
 804
 805   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
 806   if (BBVal == 2) {
 807     BBVal = 0;
 808     return false;
 809   }
 810
 811   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
 812   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
 813   // 0 if set to one.
 814   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
 815   BBWorklist.push_back(BB);
 816
 817   do {
 818     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
 819     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
 820     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
 821     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
 822     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
 823
 824     // Mark as unavailable.
 825     EntryVal = 0;
 826
 827     for (succ_iterator I = succ_begin(Entry), E = succ_end(Entry); I != E; ++I)
 828       BBWorklist.push_back(*I);
 829   } while (!BBWorklist.empty());
 830
 831   return false;
 832 }
 833
 834
 835 /// CanCoerceMustAliasedValueToLoad - Return true if
 836 /// CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
 837 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
 838                                             const Type *LoadTy,
 839                                             const TargetData &TD) {
 840   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
 841   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
 842   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy() ||
 843       StoredVal->getType()->isStructTy() ||
 844       StoredVal->getType()->isArrayTy())
 845     return false;
 846
 847   // The store has to be at least as big as the load.
 848   if (TD.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
 849         TD.getTypeSizeInBits(LoadTy))
 850     return false;
 851
 852   return true;
 853 }
 854
 855
 856 /// CoerceAvailableValueToLoadType - 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 and
 859 /// InsertPt is the place to insert new instructions.
 860 ///
 861 /// If we can't do it, return null.
 862 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal,
 863                                              const Type *LoadedTy,
 864                                              Instruction *InsertPt,
 865                                              const TargetData &TD) {
 866   if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, TD))
 867     return 0;
 868
 869   const Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
 870
 871   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
 872   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
 873
 874   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
 875   if (StoreSize == LoadSize) {
 876     if (StoredValTy->isPointerTy() && LoadedTy->isPointerTy()) {
 877       // Pointer to Pointer -> use bitcast.
 878       return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
 879     }
 880
 881     // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
 882     if (StoredValTy->isPointerTy()) {
 883       StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 884       StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 885     }
 886
 887     const Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
 888     if (TypeToCastTo->isPointerTy())
 889       TypeToCastTo = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 890
 891     if (StoredValTy != TypeToCastTo)
 892       StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, TypeToCastTo, "", InsertPt);
 893
 894     // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
 895     if (LoadedTy->isPointerTy())
 896       StoredVal = new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
 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->isPointerTy()) {
 908     StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 909     StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 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 = new BitCastInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 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 (TD.isBigEndian()) {
 921     Constant *Val = ConstantInt::get(StoredVal->getType(), StoreSize-LoadSize);
 922     StoredVal = BinaryOperator::CreateLShr(StoredVal, Val, "tmp", InsertPt);
 923   }
 924
 925   // Truncate the integer to the right size now.
 926   const Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadSize);
 927   StoredVal = new TruncInst(StoredVal, NewIntTy, "trunc", InsertPt);
 928
 929   if (LoadedTy == NewIntTy)
 930     return StoredVal;
 931
 932   // If the result is a pointer, inttoptr.
 933   if (LoadedTy->isPointerTy())
 934     return new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr", InsertPt);
 935
 936   // Otherwise, bitcast.
 937   return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "bitcast", InsertPt);
 938 }
 939
 940 /// GetBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if it can
 941 /// be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the base and
 942 /// offset to the caller.
 943 static Value *GetBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
 944                                         const TargetData &TD) {
 945   Operator *PtrOp = dyn_cast<Operator>(Ptr);
 946   if (PtrOp == 0) return Ptr;
 947
 948   // Just look through bitcasts.
 949   if (PtrOp->getOpcode() == Instruction::BitCast)
 950     return GetBaseWithConstantOffset(PtrOp->getOperand(0), Offset, TD);
 951
 952   // If this is a GEP with constant indices, we can look through it.
 953   GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp);
 954   if (GEP == 0 || !GEP->hasAllConstantIndices()) return Ptr;
 955
 956   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
 957   for (User::op_iterator I = GEP->idx_begin(), E = GEP->idx_end(); I != E;
 958        ++I, ++GTI) {
 959     ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(*I);
 960     if (OpC->isZero()) continue;
 961
 962     // Handle a struct and array indices which add their offset to the pointer.
 963     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
 964       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
 965     } else {
 966       uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
 967       Offset += OpC->getSExtValue()*Size;
 968     }
 969   }
 970
 971   // Re-sign extend from the pointer size if needed to get overflow edge cases
 972   // right.
 973   unsigned PtrSize = TD.getPointerSizeInBits();
 974   if (PtrSize < 64)
 975     Offset = (Offset << (64-PtrSize)) >> (64-PtrSize);
 976
 977   return GetBaseWithConstantOffset(GEP->getPointerOperand(), Offset, TD);
 978 }
 979
 980
 981 /// AnalyzeLoadFromClobberingWrite - This function is called when we have a
 982 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
 983 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
 984 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
 985 ///
 986 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
 987 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
 988 /// value of the piece that feeds the load.
 989 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
 990                                           Value *WritePtr,
 991                                           uint64_t WriteSizeInBits,
 992                                           const TargetData &TD) {
 993   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
 994   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
 995   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy())
 996     return -1;
 997
 998   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
 999   Value *StoreBase = GetBaseWithConstantOffset(WritePtr, StoreOffset, TD);
1000   Value *LoadBase =
1001     GetBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, TD);
1002   if (StoreBase != LoadBase)
1003     return -1;
1004
1005   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
1006   // a must alias.  AA must have gotten confused.
1007   // FIXME: Study to see if/when this happens.
1008   if (LoadOffset == StoreOffset) {
1009 #if 0
1010     dbgs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
1011     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
1012     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
1013     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
1014     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
1015     abort();
1016 #endif
1017     return -1;
1018   }
1019
1020   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
1021   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
1022   // must have gotten confused.
1023   // FIXME: Investigate cases where this bails out, e.g. rdar://7238614. Then
1024   // remove this check, as it is duplicated with what we have below.
1025   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy);
1026
1027   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
1028     return -1;
1029   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
1030   LoadSize >>= 3;
1031
1032
1033   bool isAAFailure = false;
1034   if (StoreOffset < LoadOffset) {
1035     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
1036   } else {
1037     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
1038   }
1039   if (isAAFailure) {
1040 #if 0
1041     dbgs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
1042     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
1043     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
1044     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
1045     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
1046     abort();
1047 #endif
1048     return -1;
1049   }
1050
1051   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
1052   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
1053   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
1054   // valuable.
1055   if (StoreOffset > LoadOffset ||
1056       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
1057     return -1;
1058
1059   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
1060   // store that the load is.
1061   return LoadOffset-StoreOffset;
1062 }
1063
1064 /// AnalyzeLoadFromClobberingStore - This function is called when we have a
1065 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
1066 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1067                                           StoreInst *DepSI,
1068                                           const TargetData &TD) {
1069   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1070   if (DepSI->getOperand(0)->getType()->isStructTy() ||
1071       DepSI->getOperand(0)->getType()->isArrayTy())
1072     return -1;
1073
1074   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
1075   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(DepSI->getOperand(0)->getType());
1076   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1077                                         StorePtr, StoreSize, TD);
1078 }
1079
1080 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1081                                             MemIntrinsic *MI,
1082                                             const TargetData &TD) {
1083   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
1084   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1085   if (SizeCst == 0) return -1;
1086   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
1087
1088   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
1089   // of the memset..
1090   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
1091     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
1092                                           MemSizeInBits, TD);
1093
1094   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
1095   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
1096   // constant memory.
1097   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
1098
1099   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
1100   if (Src == 0) return -1;
1101
1102   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Src->getUnderlyingObject());
1103   if (GV == 0 || !GV->isConstant()) return -1;
1104
1105   // See if the access is within the bounds of the transfer.
1106   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1107                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, TD);
1108   if (Offset == -1)
1109     return Offset;
1110
1111   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1112   // offset applied as appropriate.
1113   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1114                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
1115   Constant *OffsetCst =
1116     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1117   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, &OffsetCst, 1);
1118   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
1119   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD))
1120     return Offset;
1121   return -1;
1122 }
1123
1124
1125 /// GetStoreValueForLoad - This function is called when we have a
1126 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
1127 /// that the store *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1128 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1129 /// anything more we can do before we give up.
1130 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
1131                                    const Type *LoadTy,
1132                                    Instruction *InsertPt, const TargetData &TD){
1133   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1134
1135   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType())/8;
1136   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1137
1138   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1139
1140   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1141   // to an integer type to start with.
1142   if (SrcVal->getType()->isPointerTy())
1143     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal, TD.getIntPtrType(Ctx), "tmp");
1144   if (!SrcVal->getType()->isIntegerTy())
1145     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8),
1146                                    "tmp");
1147
1148   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1149   unsigned ShiftAmt;
1150   if (TD.isLittleEndian())
1151     ShiftAmt = Offset*8;
1152   else
1153     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1154
1155   if (ShiftAmt)
1156     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt, "tmp");
1157
1158   if (LoadSize != StoreSize)
1159     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8),
1160                                  "tmp");
1161
1162   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, InsertPt, TD);
1163 }
1164
1165 /// GetMemInstValueForLoad - This function is called when we have a
1166 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1167 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1168                                      const Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1169                                      const TargetData &TD){
1170   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1171   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1172
1173   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1174
1175   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1176   // provides the bits for the load.
1177   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1178     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1179     // independently of what the offset is.
1180     Value *Val = MSI->getValue();
1181     if (LoadSize != 1)
1182       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1183
1184     Value *OneElt = Val;
1185
1186     // Splat the value out to the right number of bits.
1187     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1188       // If we can double the number of bytes set, do it.
1189       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1190         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1191         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1192         NumBytesSet <<= 1;
1193         continue;
1194       }
1195
1196       // Otherwise insert one byte at a time.
1197       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1198       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1199       ++NumBytesSet;
1200     }
1201
1202     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, InsertPt, TD);
1203   }
1204
1205   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1206   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1207   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1208
1209   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1210   // offset applied as appropriate.
1211   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1212                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
1213   Constant *OffsetCst =
1214   ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1215   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, &OffsetCst, 1);
1216   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
1217   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD);
1218 }
1219
1220
1221
1222 struct AvailableValueInBlock {
1223   /// BB - The basic block in question.
1224   BasicBlock *BB;
1225   enum ValType {
1226     SimpleVal,  // A simple offsetted value that is accessed.
1227     MemIntrin   // A memory intrinsic which is loaded from.
1228   };
1229
1230   /// V - The value that is live out of the block.
1231   PointerIntPair<Value *, 1, ValType> Val;
1232
1233   /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
1234   unsigned Offset;
1235
1236   static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
1237                                    unsigned Offset = 0) {
1238     AvailableValueInBlock Res;
1239     Res.BB = BB;
1240     Res.Val.setPointer(V);
1241     Res.Val.setInt(SimpleVal);
1242     Res.Offset = Offset;
1243     return Res;
1244   }
1245
1246   static AvailableValueInBlock getMI(BasicBlock *BB, MemIntrinsic *MI,
1247                                      unsigned Offset = 0) {
1248     AvailableValueInBlock Res;
1249     Res.BB = BB;
1250     Res.Val.setPointer(MI);
1251     Res.Val.setInt(MemIntrin);
1252     Res.Offset = Offset;
1253     return Res;
1254   }
1255
1256   bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
1257   Value *getSimpleValue() const {
1258     assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
1259     return Val.getPointer();
1260   }
1261
1262   MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
1263     assert(!isSimpleValue() && "Wrong accessor");
1264     return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
1265   }
1266
1267   /// MaterializeAdjustedValue - Emit code into this block to adjust the value
1268   /// defined here to the specified type.  This handles various coercion cases.
1269   Value *MaterializeAdjustedValue(const Type *LoadTy,
1270                                   const TargetData *TD) const {
1271     Value *Res;
1272     if (isSimpleValue()) {
1273       Res = getSimpleValue();
1274       if (Res->getType() != LoadTy) {
1275         assert(TD && "Need target data to handle type mismatch case");
1276         Res = GetStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1277                                    *TD);
1278
1279         DEBUG(errs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1280                      << *getSimpleValue() << '\n'
1281                      << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1282       }
1283     } else {
1284       Res = GetMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset,
1285                                    LoadTy, BB->getTerminator(), *TD);
1286       DEBUG(errs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1287                    << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
1288                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1289     }
1290     return Res;
1291   }
1292 };
1293
1294 /// ConstructSSAForLoadSet - Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1295 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1296 /// that should be used at LI's definition site.
1297 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
1298                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1299                                      const TargetData *TD,
1300                                      const DominatorTree &DT,
1301                                      AliasAnalysis *AA) {
1302   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
1303   // just use the dominating value directly.
1304   if (ValuesPerBlock.size() == 1 &&
1305       DT.properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB, LI->getParent()))
1306     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI->getType(), TD);
1307
1308   // Otherwise, we have to construct SSA form.
1309   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1310   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1311   SSAUpdate.Initialize(LI);
1312
1313   const Type *LoadTy = LI->getType();
1314
1315   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1316     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1317     BasicBlock *BB = AV.BB;
1318
1319     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1320       continue;
1321
1322     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LoadTy, TD));
1323   }
1324
1325   // Perform PHI construction.
1326   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1327
1328   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1329   if (V->getType()->isPointerTy())
1330     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
1331       AA->copyValue(LI, NewPHIs[i]);
1332
1333   return V;
1334 }
1335
1336 static bool isLifetimeStart(Instruction *Inst) {
1337   if (IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1338     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1339   return false;
1340 }
1341
1342 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1343 /// non-local by performing PHI construction.
1344 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI,
1345                               SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1346   // Find the non-local dependencies of the load.
1347   SmallVector<NonLocalDepResult, 64> Deps;
1348   MD->getNonLocalPointerDependency(LI->getOperand(0), true, LI->getParent(),
1349                                    Deps);
1350   //DEBUG(dbgs() << "INVESTIGATING NONLOCAL LOAD: "
1351   //             << Deps.size() << *LI << '\n');
1352
1353   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1354   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1355   // it will be too expensive.
1356   if (Deps.size() > 100)
1357     return false;
1358
1359   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1360   // clobber in the current block.  Reject this early.
1361   if (Deps.size() == 1 && Deps[0].getResult().isClobber()) {
1362     DEBUG(
1363       dbgs() << "GVN: non-local load ";
1364       WriteAsOperand(dbgs(), LI);
1365       dbgs() << " is clobbered by " << *Deps[0].getResult().getInst() << '\n';
1366     );
1367     return false;
1368   }
1369
1370   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1371   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1372   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1373   // that could potentially clobber the load).
1374   SmallVector<AvailableValueInBlock, 16> ValuesPerBlock;
1375   SmallVector<BasicBlock*, 16> UnavailableBlocks;
1376
1377   const TargetData *TD = 0;
1378
1379   for (unsigned i = 0, e = Deps.size(); i != e; ++i) {
1380     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1381     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1382
1383     if (DepInfo.isClobber()) {
1384       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1385       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1386       // to consider the right address.
1387       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1388
1389       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1390       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1391       // stored value.
1392       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1393         if (TD == 0)
1394           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1395         if (TD && Address) {
1396           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address,
1397                                                       DepSI, *TD);
1398           if (Offset != -1) {
1399             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1400                                                            DepSI->getOperand(0),
1401                                                                 Offset));
1402             continue;
1403           }
1404         }
1405       }
1406
1407       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1408       // forward a value on from it.
1409       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1410         if (TD == 0)
1411           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1412         if (TD && Address) {
1413           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1414                                                         DepMI, *TD);
1415           if (Offset != -1) {
1416             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1417                                                                   Offset));
1418             continue;
1419           }
1420         }
1421       }
1422
1423       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1424       continue;
1425     }
1426
1427     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1428
1429     // Loading the allocation -> undef.
1430     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst) ||
1431         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1432         isLifetimeStart(DepInst)) {
1433       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1434                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1435       continue;
1436     }
1437
1438     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1439       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1440       // different types if we have to.
1441       if (S->getOperand(0)->getType() != LI->getType()) {
1442         if (TD == 0)
1443           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1444
1445         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1446         // reuse it.
1447         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getOperand(0),
1448                                                         LI->getType(), *TD)) {
1449           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1450           continue;
1451         }
1452       }
1453
1454       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1455                                                           S->getOperand(0)));
1456       continue;
1457     }
1458
1459     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1460       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1461       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1462         if (TD == 0)
1463           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1464
1465         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1466         // reuse it.
1467         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(),*TD)){
1468           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1469           continue;
1470         }
1471       }
1472       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB, LD));
1473       continue;
1474     }
1475
1476     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1477     continue;
1478   }
1479
1480   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1481   // early.
1482   if (ValuesPerBlock.empty()) return false;
1483
1484   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1485   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1486   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1487   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1488     DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1489
1490     // Perform PHI construction.
1491     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, TD, *DT,
1492                                       VN.getAliasAnalysis());
1493     LI->replaceAllUsesWith(V);
1494
1495     if (isa<PHINode>(V))
1496       V->takeName(LI);
1497     if (V->getType()->isPointerTy())
1498       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1499     VN.erase(LI);
1500     toErase.push_back(LI);
1501     NumGVNLoad++;
1502     return true;
1503   }
1504
1505   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1506     return false;
1507
1508   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1509   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1510   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1511   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1512   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1513   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1514   // the load, not inserting a new one).
1515
1516   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers;
1517   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1518     Blockers.insert(UnavailableBlocks[i]);
1519
1520   // Lets find first basic block with more than one predecessor.  Walk backwards
1521   // through predecessors if needed.
1522   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1523   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1524
1525   bool isSinglePred = false;
1526   bool allSingleSucc = true;
1527   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1528     isSinglePred = true;
1529     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1530     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1531       return false;
1532     if (Blockers.count(TmpBB))
1533       return false;
1534     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1535       allSingleSucc = false;
1536   }
1537
1538   assert(TmpBB);
1539   LoadBB = TmpBB;
1540
1541   // If we have a repl set with LI itself in it, this means we have a loop where
1542   // at least one of the values is LI.  Since this means that we won't be able
1543   // to eliminate LI even if we insert uses in the other predecessors, we will
1544   // end up increasing code size.  Reject this by scanning for LI.
1545   if (!EnableFullLoadPRE) {
1546     for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1547       if (ValuesPerBlock[i].isSimpleValue() &&
1548           ValuesPerBlock[i].getSimpleValue() == LI)
1549         return false;
1550   }
1551
1552   // FIXME: It is extremely unclear what this loop is doing, other than
1553   // artificially restricting loadpre.
1554   if (isSinglePred) {
1555     bool isHot = false;
1556     for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1557       const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1558       if (AV.isSimpleValue())
1559         // "Hot" Instruction is in some loop (because it dominates its dep.
1560         // instruction).
1561         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(AV.getSimpleValue()))
1562           if (DT->dominates(LI, I)) {
1563             isHot = true;
1564             break;
1565           }
1566     }
1567
1568     // We are interested only in "hot" instructions. We don't want to do any
1569     // mis-optimizations here.
1570     if (!isHot)
1571       return false;
1572   }
1573
1574   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1575   // available.
1576   DenseMap<BasicBlock*, Value*> PredLoads;
1577   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1578   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1579     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1580   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1581     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1582
1583   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1584        PI != E; ++PI) {
1585     BasicBlock *Pred = *PI;
1586     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks)) {
1587       continue;
1588     }
1589     PredLoads[Pred] = 0;
1590
1591     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1592       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1593         DEBUG(dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1594               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1595         return false;
1596       }
1597       unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(Pred, LoadBB);
1598       toSplit.push_back(std::make_pair(Pred->getTerminator(), SuccNum));
1599       return false;
1600     }
1601   }
1602
1603   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1604   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size();
1605   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1606          "Fully available value should be eliminated above!");
1607   if (!EnableFullLoadPRE) {
1608     // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1609     // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1610     // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1611     // that one block.
1612     if (NumUnavailablePreds != 1)
1613       return false;
1614   }
1615
1616   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1617   bool CanDoPRE = true;
1618   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1619   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = PredLoads.begin(),
1620          E = PredLoads.end(); I != E; ++I) {
1621     BasicBlock *UnavailablePred = I->first;
1622
1623     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1624     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1625
1626     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1627     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1628     // pointer if it is not available.
1629     PHITransAddr Address(LI->getOperand(0), TD);
1630     Value *LoadPtr = 0;
1631     if (allSingleSucc) {
1632       LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1633                                                   *DT, NewInsts);
1634     } else {
1635       Address.PHITranslateValue(LoadBB, UnavailablePred, DT);
1636       LoadPtr = Address.getAddr();
1637     }
1638
1639     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1640     // we fail PRE.
1641     if (LoadPtr == 0) {
1642       DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1643             << *LI->getOperand(0) << "\n");
1644       CanDoPRE = false;
1645       break;
1646     }
1647
1648     // Make sure it is valid to move this load here.  We have to watch out for:
1649     //  @1 = getelementptr (i8* p, ...
1650     //  test p and branch if == 0
1651     //  load @1
1652     // It is valid to have the getelementptr before the test, even if p can be 0,
1653     // as getelementptr only does address arithmetic.
1654     // If we are not pushing the value through any multiple-successor blocks
1655     // we do not have this case.  Otherwise, check that the load is safe to
1656     // put anywhere; this can be improved, but should be conservatively safe.
1657     if (!allSingleSucc &&
1658         // FIXME: REEVALUTE THIS.
1659         !isSafeToLoadUnconditionally(LoadPtr,
1660                                      UnavailablePred->getTerminator(),
1661                                      LI->getAlignment(), TD)) {
1662       CanDoPRE = false;
1663       break;
1664     }
1665
1666     I->second = LoadPtr;
1667   }
1668
1669   if (!CanDoPRE) {
1670     while (!NewInsts.empty())
1671       NewInsts.pop_back_val()->eraseFromParent();
1672     return false;
1673   }
1674
1675   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1676   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1677   // it.
1678   DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1679   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1680           dbgs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1681                  << *NewInsts.back() << '\n');
1682
1683   // Assign value numbers to the new instructions.
1684   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1685     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1686     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1687     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1688     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1689     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1690   }
1691
1692   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = PredLoads.begin(),
1693          E = PredLoads.end(); I != E; ++I) {
1694     BasicBlock *UnavailablePred = I->first;
1695     Value *LoadPtr = I->second;
1696
1697     Value *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1698                                   LI->getAlignment(),
1699                                   UnavailablePred->getTerminator());
1700
1701     // Add the newly created load.
1702     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1703                                                         NewLoad));
1704     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1705     DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1706   }
1707
1708   // Perform PHI construction.
1709   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, TD, *DT,
1710                                     VN.getAliasAnalysis());
1711   LI->replaceAllUsesWith(V);
1712   if (isa<PHINode>(V))
1713     V->takeName(LI);
1714   if (V->getType()->isPointerTy())
1715     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1716   VN.erase(LI);
1717   toErase.push_back(LI);
1718   NumPRELoad++;
1719   return true;
1720 }
1721
1722 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1723 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1724 bool GVN::processLoad(LoadInst *L, SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1725   if (!MD)
1726     return false;
1727
1728   if (L->isVolatile())
1729     return false;
1730
1731   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1732   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1733
1734   // If the value isn't available, don't do anything!
1735   if (Dep.isClobber()) {
1736     // Check to see if we have something like this:
1737     //   store i32 123, i32* %P
1738     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1739     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1740     //   %C = load i8* %B
1741     //
1742     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1743     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1744     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1745     // access code.
1746     Value *AvailVal = 0;
1747     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst()))
1748       if (const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>()) {
1749         int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(L->getType(),
1750                                                     L->getPointerOperand(),
1751                                                     DepSI, *TD);
1752         if (Offset != -1)
1753           AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getOperand(0), Offset,
1754                                           L->getType(), L, *TD);
1755       }
1756
1757     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1758     // a value on from it.
1759     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1760       if (const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>()) {
1761         int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(L->getType(),
1762                                                       L->getPointerOperand(),
1763                                                       DepMI, *TD);
1764         if (Offset != -1)
1765           AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L,*TD);
1766       }
1767     }
1768
1769     if (AvailVal) {
1770       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1771             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1772
1773       // Replace the load!
1774       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1775       if (AvailVal->getType()->isPointerTy())
1776         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1777       VN.erase(L);
1778       toErase.push_back(L);
1779       NumGVNLoad++;
1780       return true;
1781     }
1782
1783     DEBUG(
1784       // fast print dep, using operator<< on instruction would be too slow
1785       dbgs() << "GVN: load ";
1786       WriteAsOperand(dbgs(), L);
1787       Instruction *I = Dep.getInst();
1788       dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1789     );
1790     return false;
1791   }
1792
1793   // If it is defined in another block, try harder.
1794   if (Dep.isNonLocal())
1795     return processNonLocalLoad(L, toErase);
1796
1797   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1798   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1799     Value *StoredVal = DepSI->getOperand(0);
1800
1801     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1802     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1803     // value (depending on its type).
1804     const TargetData *TD = 0;
1805     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1806       if ((TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())) {
1807         StoredVal = CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(),
1808                                                    L, *TD);
1809         if (StoredVal == 0)
1810           return false;
1811
1812         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1813                      << '\n' << *L << "\n\n\n");
1814       }
1815       else
1816         return false;
1817     }
1818
1819     // Remove it!
1820     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1821     if (StoredVal->getType()->isPointerTy())
1822       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1823     VN.erase(L);
1824     toErase.push_back(L);
1825     NumGVNLoad++;
1826     return true;
1827   }
1828
1829   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1830     Value *AvailableVal = DepLI;
1831
1832     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1833     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1834     // (depending on its type).
1835     const TargetData *TD = 0;
1836     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1837       if ((TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())) {
1838         AvailableVal = CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(), L,*TD);
1839         if (AvailableVal == 0)
1840           return false;
1841
1842         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1843                      << "\n" << *L << "\n\n\n");
1844       }
1845       else
1846         return false;
1847     }
1848
1849     // Remove it!
1850     L->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
1851     if (DepLI->getType()->isPointerTy())
1852       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1853     VN.erase(L);
1854     toErase.push_back(L);
1855     NumGVNLoad++;
1856     return true;
1857   }
1858
1859   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1860   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1861   // intervening stores, for example.
1862   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst)) {
1863     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1864     VN.erase(L);
1865     toErase.push_back(L);
1866     NumGVNLoad++;
1867     return true;
1868   }
1869
1870   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1871   // then the loaded value is undefined.
1872   if (IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1873     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1874       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1875       VN.erase(L);
1876       toErase.push_back(L);
1877       NumGVNLoad++;
1878       return true;
1879     }
1880   }
1881
1882   return false;
1883 }
1884
1885 Value *GVN::lookupNumber(BasicBlock *BB, uint32_t num) {
1886   DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator I = localAvail.find(BB);
1887   if (I == localAvail.end())
1888     return 0;
1889
1890   ValueNumberScope *Locals = I->second;
1891   while (Locals) {
1892     DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = Locals->table.find(num);
1893     if (I != Locals->table.end())
1894       return I->second;
1895     Locals = Locals->parent;
1896   }
1897
1898   return 0;
1899 }
1900
1901
1902 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
1903 /// by inserting it into the appropriate sets
1904 bool GVN::processInstruction(Instruction *I,
1905                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1906   // Ignore dbg info intrinsics.
1907   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1908     return false;
1909
1910   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1911     bool Changed = processLoad(LI, toErase);
1912
1913     if (!Changed) {
1914       unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
1915       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, LI));
1916     }
1917
1918     return Changed;
1919   }
1920
1921   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
1922   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
1923
1924   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
1925     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1926
1927     if (!BI->isConditional() || isa<Constant>(BI->getCondition()))
1928       return false;
1929
1930     Value *BranchCond = BI->getCondition();
1931     uint32_t CondVN = VN.lookup_or_add(BranchCond);
1932
1933     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1934     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1935
1936     if (TrueSucc->getSinglePredecessor())
1937       localAvail[TrueSucc]->table[CondVN] =
1938         ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
1939     if (FalseSucc->getSinglePredecessor())
1940       localAvail[FalseSucc]->table[CondVN] =
1941         ConstantInt::getFalse(TrueSucc->getContext());
1942
1943     return false;
1944
1945   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
1946   // by fast failing them.
1947   } else if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I)) {
1948     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1949     return false;
1950   }
1951
1952   // Collapse PHI nodes
1953   if (PHINode* p = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1954     Value *constVal = CollapsePhi(p);
1955
1956     if (constVal) {
1957       p->replaceAllUsesWith(constVal);
1958       if (MD && constVal->getType()->isPointerTy())
1959         MD->invalidateCachedPointerInfo(constVal);
1960       VN.erase(p);
1961
1962       toErase.push_back(p);
1963     } else {
1964       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1965     }
1966
1967   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
1968   // need to do a lookup to see if the number already exists
1969   // somewhere in the domtree: it can't!
1970   } else if (Num == NextNum) {
1971     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1972
1973   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
1974   // dominators.
1975   } else if (Value *repl = lookupNumber(I->getParent(), Num)) {
1976     // Remove it!
1977     VN.erase(I);
1978     I->replaceAllUsesWith(repl);
1979     if (MD && repl->getType()->isPointerTy())
1980       MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
1981     toErase.push_back(I);
1982     return true;
1983
1984   } else {
1985     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1986   }
1987
1988   return false;
1989 }
1990
1991 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
1992 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
1993   if (!NoLoads)
1994     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
1995   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1996   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
1997   VN.setMemDep(MD);
1998   VN.setDomTree(DT);
1999
2000   bool Changed = false;
2001   bool ShouldContinue = true;
2002
2003   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2004   // optimization opportunities.
2005   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2006     BasicBlock *BB = FI;
2007     ++FI;
2008     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, this);
2009     if (removedBlock) NumGVNBlocks++;
2010
2011     Changed |= removedBlock;
2012   }
2013
2014   unsigned Iteration = 0;
2015
2016   while (ShouldContinue) {
2017     DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2018     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2019     if (splitCriticalEdges())
2020       ShouldContinue = true;
2021     Changed |= ShouldContinue;
2022     ++Iteration;
2023   }
2024
2025   if (EnablePRE) {
2026     bool PREChanged = true;
2027     while (PREChanged) {
2028       PREChanged = performPRE(F);
2029       Changed |= PREChanged;
2030     }
2031   }
2032   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2033   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2034   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2035   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2036
2037   cleanupGlobalSets();
2038
2039   return Changed;
2040 }
2041
2042
2043 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2044   // FIXME: Kill off toErase by doing erasing eagerly in a helper function (and
2045   // incrementing BI before processing an instruction).
2046   SmallVector<Instruction*, 8> toErase;
2047   bool ChangedFunction = false;
2048
2049   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2050        BI != BE;) {
2051     ChangedFunction |= processInstruction(BI, toErase);
2052     if (toErase.empty()) {
2053       ++BI;
2054       continue;
2055     }
2056
2057     // If we need some instructions deleted, do it now.
2058     NumGVNInstr += toErase.size();
2059
2060     // Avoid iterator invalidation.
2061     bool AtStart = BI == BB->begin();
2062     if (!AtStart)
2063       --BI;
2064
2065     for (SmallVector<Instruction*, 4>::iterator I = toErase.begin(),
2066          E = toErase.end(); I != E; ++I) {
2067       DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2068       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2069       (*I)->eraseFromParent();
2070       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2071     }
2072     toErase.clear();
2073
2074     if (AtStart)
2075       BI = BB->begin();
2076     else
2077       ++BI;
2078   }
2079
2080   return ChangedFunction;
2081 }
2082
2083 /// performPRE - Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2084 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2085 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2086   bool Changed = false;
2087   DenseMap<BasicBlock*, Value*> predMap;
2088   for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(&F.getEntryBlock()),
2089        DE = df_end(&F.getEntryBlock()); DI != DE; ++DI) {
2090     BasicBlock *CurrentBlock = *DI;
2091
2092     // Nothing to PRE in the entry block.
2093     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock()) continue;
2094
2095     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2096          BE = CurrentBlock->end(); BI != BE; ) {
2097       Instruction *CurInst = BI++;
2098
2099       if (isa<AllocaInst>(CurInst) ||
2100           isa<TerminatorInst>(CurInst) || isa<PHINode>(CurInst) ||
2101           CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2102           CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2103           isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2104         continue;
2105
2106       uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2107
2108       // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2109       // only trying to solve the basic diamond case, where
2110       // a value is computed in the successor and one predecessor,
2111       // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2112       // where the successor is its own predecessor, because they're
2113       // more complicated to get right.
2114       unsigned NumWith = 0;
2115       unsigned NumWithout = 0;
2116       BasicBlock *PREPred = 0;
2117       predMap.clear();
2118
2119       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2120            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI) {
2121         // We're not interested in PRE where the block is its
2122         // own predecessor, or in blocks with predecessors
2123         // that are not reachable.
2124         if (*PI == CurrentBlock) {
2125           NumWithout = 2;
2126           break;
2127         } else if (!localAvail.count(*PI))  {
2128           NumWithout = 2;
2129           break;
2130         }
2131
2132         DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator predV =
2133                                             localAvail[*PI]->table.find(ValNo);
2134         if (predV == localAvail[*PI]->table.end()) {
2135           PREPred = *PI;
2136           NumWithout++;
2137         } else if (predV->second == CurInst) {
2138           NumWithout = 2;
2139         } else {
2140           predMap[*PI] = predV->second;
2141           NumWith++;
2142         }
2143       }
2144
2145       // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2146       // we would need to insert instructions in more than one pred.
2147       if (NumWithout != 1 || NumWith == 0)
2148         continue;
2149
2150       // Don't do PRE across indirect branch.
2151       if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2152         continue;
2153
2154       // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2155       // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2156       // on the function.
2157       unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2158       if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2159         toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2160         continue;
2161       }
2162
2163       // Instantiate the expression in the predecessor that lacked it.
2164       // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2165       // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2166       // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2167       // in this loop.
2168       Instruction *PREInstr = CurInst->clone();
2169       bool success = true;
2170       for (unsigned i = 0, e = CurInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2171         Value *Op = PREInstr->getOperand(i);
2172         if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2173           continue;
2174
2175         if (Value *V = lookupNumber(PREPred, VN.lookup(Op))) {
2176           PREInstr->setOperand(i, V);
2177         } else {
2178           success = false;
2179           break;
2180         }
2181       }
2182
2183       // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2184       // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2185       // are not value numbered precisely.
2186       if (!success) {
2187         delete PREInstr;
2188         DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2189         continue;
2190       }
2191
2192       PREInstr->insertBefore(PREPred->getTerminator());
2193       PREInstr->setName(CurInst->getName() + ".pre");
2194       predMap[PREPred] = PREInstr;
2195       VN.add(PREInstr, ValNo);
2196       NumGVNPRE++;
2197
2198       // Update the availability map to include the new instruction.
2199       localAvail[PREPred]->table.insert(std::make_pair(ValNo, PREInstr));
2200
2201       // Create a PHI to make the value available in this block.
2202       PHINode* Phi = PHINode::Create(CurInst->getType(),
2203                                      CurInst->getName() + ".pre-phi",
2204                                      CurrentBlock->begin());
2205       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2206            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI)
2207         Phi->addIncoming(predMap[*PI], *PI);
2208
2209       VN.add(Phi, ValNo);
2210       localAvail[CurrentBlock]->table[ValNo] = Phi;
2211
2212       CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2213       if (MD && Phi->getType()->isPointerTy())
2214         MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2215       VN.erase(CurInst);
2216
2217       DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2218       if (MD) MD->removeInstruction(CurInst);
2219       CurInst->eraseFromParent();
2220       DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2221       Changed = true;
2222     }
2223   }
2224
2225   if (splitCriticalEdges())
2226     Changed = true;
2227
2228   return Changed;
2229 }
2230
2231 /// splitCriticalEdges - Split critical edges found during the previous
2232 /// iteration that may enable further optimization.
2233 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2234   if (toSplit.empty())
2235     return false;
2236   do {
2237     std::pair<TerminatorInst*, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2238     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second, this);
2239   } while (!toSplit.empty());
2240   MD->invalidateCachedPredecessors();
2241   return true;
2242 }
2243
2244 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
2245 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2246   cleanupGlobalSets();
2247
2248   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2249        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI) {
2250     if (DI->getIDom())
2251       localAvail[DI->getBlock()] =
2252                    new ValueNumberScope(localAvail[DI->getIDom()->getBlock()]);
2253     else
2254       localAvail[DI->getBlock()] = new ValueNumberScope(0);
2255   }
2256
2257   // Top-down walk of the dominator tree
2258   bool Changed = false;
2259 #if 0
2260   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2261   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
2262   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2263        RE = RPOT.end(); RI != RE; ++RI)
2264     Changed |= processBlock(*RI);
2265 #else
2266   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2267        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI)
2268     Changed |= processBlock(DI->getBlock());
2269 #endif
2270
2271   return Changed;
2272 }
2273
2274 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2275   VN.clear();
2276
2277   for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator
2278        I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I)
2279     delete I->second;
2280   localAvail.clear();
2281 }
2282
2283 /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur in our
2284 /// internal data structures.
2285 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2286   VN.verifyRemoved(Inst);
2287
2288   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2289   // ferreted away in it.
2290   for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::const_iterator
2291          I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I) {
2292     const ValueNumberScope *VNS = I->second;
2293
2294     while (VNS) {
2295       for (DenseMap<uint32_t, Value*>::const_iterator
2296              II = VNS->table.begin(), IE = VNS->table.end(); II != IE; ++II) {
2297         assert(II->second != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2298       }
2299
2300       VNS = VNS->parent;
2301     }
2302   }
2303 }