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