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