lib/Transforms/Scalar/GVN.cpp

   1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass performs global value numbering to eliminate fully redundant
  11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
  12 //
  13 // Note that this pass does the value numbering itself, it does not use the
  14 // ValueNumbering analysis passes.
  15 //
  16 //===----------------------------------------------------------------------===//
  17
  18 #define DEBUG_TYPE "gvn"
  19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  20 #include "llvm/BasicBlock.h"
  21 #include "llvm/Constants.h"
  22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  23 #include "llvm/Function.h"
  24 #include "llvm/Instructions.h"
  25 #include "llvm/Value.h"
  26 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  27 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  28 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
  29 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  32 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  33 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  34 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
  35 #include "llvm/Support/CFG.h"
  36 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  37 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  38 #include "llvm/Support/Debug.h"
  39 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  40 #include <cstdio>
  41 using namespace llvm;
  42
  43 STATISTIC(NumGVNInstr, "Number of instructions deleted");
  44 STATISTIC(NumGVNLoad, "Number of loads deleted");
  45 STATISTIC(NumGVNPRE, "Number of instructions PRE'd");
  46 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
  47 STATISTIC(NumPRELoad, "Number of loads PRE'd");
  48
  49 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
  50                                cl::init(true), cl::Hidden);
  51 cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre"/*, cl::init(true)*/);
  52
  53 //===----------------------------------------------------------------------===//
  54 //                         ValueTable Class
  55 //===----------------------------------------------------------------------===//
  56
  57 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
  58 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
  59 /// two values.
  60 namespace {
  61   struct VISIBILITY_HIDDEN Expression {
  62     enum ExpressionOpcode { ADD, SUB, MUL, UDIV, SDIV, FDIV, UREM, SREM,
  63                             FREM, SHL, LSHR, ASHR, AND, OR, XOR, ICMPEQ,
  64                             ICMPNE, ICMPUGT, ICMPUGE, ICMPULT, ICMPULE,
  65                             ICMPSGT, ICMPSGE, ICMPSLT, ICMPSLE, FCMPOEQ,
  66                             FCMPOGT, FCMPOGE, FCMPOLT, FCMPOLE, FCMPONE,
  67                             FCMPORD, FCMPUNO, FCMPUEQ, FCMPUGT, FCMPUGE,
  68                             FCMPULT, FCMPULE, FCMPUNE, EXTRACT, INSERT,
  69                             SHUFFLE, SELECT, TRUNC, ZEXT, SEXT, FPTOUI,
  70                             FPTOSI, UITOFP, SITOFP, FPTRUNC, FPEXT,
  71                             PTRTOINT, INTTOPTR, BITCAST, GEP, CALL, CONSTANT,
  72                             EMPTY, TOMBSTONE };
  73
  74     ExpressionOpcode opcode;
  75     const Type* type;
  76     uint32_t firstVN;
  77     uint32_t secondVN;
  78     uint32_t thirdVN;
  79     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
  80     Value* function;
  81
  82     Expression() { }
  83     Expression(ExpressionOpcode o) : opcode(o) { }
  84
  85     bool operator==(const Expression &other) const {
  86       if (opcode != other.opcode)
  87         return false;
  88       else if (opcode == EMPTY || opcode == TOMBSTONE)
  89         return true;
  90       else if (type != other.type)
  91         return false;
  92       else if (function != other.function)
  93         return false;
  94       else if (firstVN != other.firstVN)
  95         return false;
  96       else if (secondVN != other.secondVN)
  97         return false;
  98       else if (thirdVN != other.thirdVN)
  99         return false;
 100       else {
 101         if (varargs.size() != other.varargs.size())
 102           return false;
 103
 104         for (size_t i = 0; i < varargs.size(); ++i)
 105           if (varargs[i] != other.varargs[i])
 106             return false;
 107
 108         return true;
 109       }
 110     }
 111
 112     bool operator!=(const Expression &other) const {
 113       if (opcode != other.opcode)
 114         return true;
 115       else if (opcode == EMPTY || opcode == TOMBSTONE)
 116         return false;
 117       else if (type != other.type)
 118         return true;
 119       else if (function != other.function)
 120         return true;
 121       else if (firstVN != other.firstVN)
 122         return true;
 123       else if (secondVN != other.secondVN)
 124         return true;
 125       else if (thirdVN != other.thirdVN)
 126         return true;
 127       else {
 128         if (varargs.size() != other.varargs.size())
 129           return true;
 130
 131         for (size_t i = 0; i < varargs.size(); ++i)
 132           if (varargs[i] != other.varargs[i])
 133             return true;
 134
 135           return false;
 136       }
 137     }
 138   };
 139
 140   class VISIBILITY_HIDDEN ValueTable {
 141     private:
 142       DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
 143       DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
 144       AliasAnalysis* AA;
 145       MemoryDependenceAnalysis* MD;
 146       DominatorTree* DT;
 147
 148       uint32_t nextValueNumber;
 149
 150       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(BinaryOperator* BO);
 151       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CmpInst* C);
 152       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CastInst* C);
 153       Expression create_expression(BinaryOperator* BO);
 154       Expression create_expression(CmpInst* C);
 155       Expression create_expression(ShuffleVectorInst* V);
 156       Expression create_expression(ExtractElementInst* C);
 157       Expression create_expression(InsertElementInst* V);
 158       Expression create_expression(SelectInst* V);
 159       Expression create_expression(CastInst* C);
 160       Expression create_expression(GetElementPtrInst* G);
 161       Expression create_expression(CallInst* C);
 162       Expression create_expression(Constant* C);
 163     public:
 164       ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
 165       uint32_t lookup_or_add(Value* V);
 166       uint32_t lookup(Value* V) const;
 167       void add(Value* V, uint32_t num);
 168       void clear();
 169       void erase(Value* v);
 170       unsigned size();
 171       void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
 172       AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
 173       void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
 174       void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
 175       uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
 176   };
 177 }
 178
 179 namespace llvm {
 180 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
 181   static inline Expression getEmptyKey() {
 182     return Expression(Expression::EMPTY);
 183   }
 184
 185   static inline Expression getTombstoneKey() {
 186     return Expression(Expression::TOMBSTONE);
 187   }
 188
 189   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
 190     unsigned hash = e.opcode;
 191
 192     hash = e.firstVN + hash * 37;
 193     hash = e.secondVN + hash * 37;
 194     hash = e.thirdVN + hash * 37;
 195
 196     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.type >> 4) ^
 197             (unsigned)((uintptr_t)e.type >> 9)) +
 198            hash * 37;
 199
 200     for (SmallVector<uint32_t, 4>::const_iterator I = e.varargs.begin(),
 201          E = e.varargs.end(); I != E; ++I)
 202       hash = *I + hash * 37;
 203
 204     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.function >> 4) ^
 205             (unsigned)((uintptr_t)e.function >> 9)) +
 206            hash * 37;
 207
 208     return hash;
 209   }
 210   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
 211     return LHS == RHS;
 212   }
 213   static bool isPod() { return true; }
 214 };
 215 }
 216
 217 //===----------------------------------------------------------------------===//
 218 //                     ValueTable Internal Functions
 219 //===----------------------------------------------------------------------===//
 220 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(BinaryOperator* BO) {
 221   switch(BO->getOpcode()) {
 222   default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 223     assert(0 && "Binary operator with unknown opcode?");
 224   case Instruction::Add:  return Expression::ADD;
 225   case Instruction::Sub:  return Expression::SUB;
 226   case Instruction::Mul:  return Expression::MUL;
 227   case Instruction::UDiv: return Expression::UDIV;
 228   case Instruction::SDiv: return Expression::SDIV;
 229   case Instruction::FDiv: return Expression::FDIV;
 230   case Instruction::URem: return Expression::UREM;
 231   case Instruction::SRem: return Expression::SREM;
 232   case Instruction::FRem: return Expression::FREM;
 233   case Instruction::Shl:  return Expression::SHL;
 234   case Instruction::LShr: return Expression::LSHR;
 235   case Instruction::AShr: return Expression::ASHR;
 236   case Instruction::And:  return Expression::AND;
 237   case Instruction::Or:   return Expression::OR;
 238   case Instruction::Xor:  return Expression::XOR;
 239   }
 240 }
 241
 242 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(CmpInst* C) {
 243   if (isa<ICmpInst>(C) || isa<VICmpInst>(C)) {
 244     switch (C->getPredicate()) {
 245     default:  // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 246       assert(0 && "Comparison with unknown predicate?");
 247     case ICmpInst::ICMP_EQ:  return Expression::ICMPEQ;
 248     case ICmpInst::ICMP_NE:  return Expression::ICMPNE;
 249     case ICmpInst::ICMP_UGT: return Expression::ICMPUGT;
 250     case ICmpInst::ICMP_UGE: return Expression::ICMPUGE;
 251     case ICmpInst::ICMP_ULT: return Expression::ICMPULT;
 252     case ICmpInst::ICMP_ULE: return Expression::ICMPULE;
 253     case ICmpInst::ICMP_SGT: return Expression::ICMPSGT;
 254     case ICmpInst::ICMP_SGE: return Expression::ICMPSGE;
 255     case ICmpInst::ICMP_SLT: return Expression::ICMPSLT;
 256     case ICmpInst::ICMP_SLE: return Expression::ICMPSLE;
 257     }
 258   }
 259   assert((isa<FCmpInst>(C) || isa<VFCmpInst>(C)) && "Unknown compare");
 260   switch (C->getPredicate()) {
 261   default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 262     assert(0 && "Comparison with unknown predicate?");
 263   case FCmpInst::FCMP_OEQ: return Expression::FCMPOEQ;
 264   case FCmpInst::FCMP_OGT: return Expression::FCMPOGT;
 265   case FCmpInst::FCMP_OGE: return Expression::FCMPOGE;
 266   case FCmpInst::FCMP_OLT: return Expression::FCMPOLT;
 267   case FCmpInst::FCMP_OLE: return Expression::FCMPOLE;
 268   case FCmpInst::FCMP_ONE: return Expression::FCMPONE;
 269   case FCmpInst::FCMP_ORD: return Expression::FCMPORD;
 270   case FCmpInst::FCMP_UNO: return Expression::FCMPUNO;
 271   case FCmpInst::FCMP_UEQ: return Expression::FCMPUEQ;
 272   case FCmpInst::FCMP_UGT: return Expression::FCMPUGT;
 273   case FCmpInst::FCMP_UGE: return Expression::FCMPUGE;
 274   case FCmpInst::FCMP_ULT: return Expression::FCMPULT;
 275   case FCmpInst::FCMP_ULE: return Expression::FCMPULE;
 276   case FCmpInst::FCMP_UNE: return Expression::FCMPUNE;
 277   }
 278 }
 279
 280 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(CastInst* C) {
 281   switch(C->getOpcode()) {
 282   default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 283     assert(0 && "Cast operator with unknown opcode?");
 284   case Instruction::Trunc:    return Expression::TRUNC;
 285   case Instruction::ZExt:     return Expression::ZEXT;
 286   case Instruction::SExt:     return Expression::SEXT;
 287   case Instruction::FPToUI:   return Expression::FPTOUI;
 288   case Instruction::FPToSI:   return Expression::FPTOSI;
 289   case Instruction::UIToFP:   return Expression::UITOFP;
 290   case Instruction::SIToFP:   return Expression::SITOFP;
 291   case Instruction::FPTrunc:  return Expression::FPTRUNC;
 292   case Instruction::FPExt:    return Expression::FPEXT;
 293   case Instruction::PtrToInt: return Expression::PTRTOINT;
 294   case Instruction::IntToPtr: return Expression::INTTOPTR;
 295   case Instruction::BitCast:  return Expression::BITCAST;
 296   }
 297 }
 298
 299 Expression ValueTable::create_expression(CallInst* C) {
 300   Expression e;
 301
 302   e.type = C->getType();
 303   e.firstVN = 0;
 304   e.secondVN = 0;
 305   e.thirdVN = 0;
 306   e.function = C->getCalledFunction();
 307   e.opcode = Expression::CALL;
 308
 309   for (CallInst::op_iterator I = C->op_begin()+1, E = C->op_end();
 310        I != E; ++I)
 311     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 312
 313   return e;
 314 }
 315
 316 Expression ValueTable::create_expression(BinaryOperator* BO) {
 317   Expression e;
 318
 319   e.firstVN = lookup_or_add(BO->getOperand(0));
 320   e.secondVN = lookup_or_add(BO->getOperand(1));
 321   e.thirdVN = 0;
 322   e.function = 0;
 323   e.type = BO->getType();
 324   e.opcode = getOpcode(BO);
 325
 326   return e;
 327 }
 328
 329 Expression ValueTable::create_expression(CmpInst* C) {
 330   Expression e;
 331
 332   e.firstVN = lookup_or_add(C->getOperand(0));
 333   e.secondVN = lookup_or_add(C->getOperand(1));
 334   e.thirdVN = 0;
 335   e.function = 0;
 336   e.type = C->getType();
 337   e.opcode = getOpcode(C);
 338
 339   return e;
 340 }
 341
 342 Expression ValueTable::create_expression(CastInst* C) {
 343   Expression e;
 344
 345   e.firstVN = lookup_or_add(C->getOperand(0));
 346   e.secondVN = 0;
 347   e.thirdVN = 0;
 348   e.function = 0;
 349   e.type = C->getType();
 350   e.opcode = getOpcode(C);
 351
 352   return e;
 353 }
 354
 355 Expression ValueTable::create_expression(ShuffleVectorInst* S) {
 356   Expression e;
 357
 358   e.firstVN = lookup_or_add(S->getOperand(0));
 359   e.secondVN = lookup_or_add(S->getOperand(1));
 360   e.thirdVN = lookup_or_add(S->getOperand(2));
 361   e.function = 0;
 362   e.type = S->getType();
 363   e.opcode = Expression::SHUFFLE;
 364
 365   return e;
 366 }
 367
 368 Expression ValueTable::create_expression(ExtractElementInst* E) {
 369   Expression e;
 370
 371   e.firstVN = lookup_or_add(E->getOperand(0));
 372   e.secondVN = lookup_or_add(E->getOperand(1));
 373   e.thirdVN = 0;
 374   e.function = 0;
 375   e.type = E->getType();
 376   e.opcode = Expression::EXTRACT;
 377
 378   return e;
 379 }
 380
 381 Expression ValueTable::create_expression(InsertElementInst* I) {
 382   Expression e;
 383
 384   e.firstVN = lookup_or_add(I->getOperand(0));
 385   e.secondVN = lookup_or_add(I->getOperand(1));
 386   e.thirdVN = lookup_or_add(I->getOperand(2));
 387   e.function = 0;
 388   e.type = I->getType();
 389   e.opcode = Expression::INSERT;
 390
 391   return e;
 392 }
 393
 394 Expression ValueTable::create_expression(SelectInst* I) {
 395   Expression e;
 396
 397   e.firstVN = lookup_or_add(I->getCondition());
 398   e.secondVN = lookup_or_add(I->getTrueValue());
 399   e.thirdVN = lookup_or_add(I->getFalseValue());
 400   e.function = 0;
 401   e.type = I->getType();
 402   e.opcode = Expression::SELECT;
 403
 404   return e;
 405 }
 406
 407 Expression ValueTable::create_expression(GetElementPtrInst* G) {
 408   Expression e;
 409
 410   e.firstVN = lookup_or_add(G->getPointerOperand());
 411   e.secondVN = 0;
 412   e.thirdVN = 0;
 413   e.function = 0;
 414   e.type = G->getType();
 415   e.opcode = Expression::GEP;
 416
 417   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = G->idx_begin(), E = G->idx_end();
 418        I != E; ++I)
 419     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 420
 421   return e;
 422 }
 423
 424 //===----------------------------------------------------------------------===//
 425 //                     ValueTable External Functions
 426 //===----------------------------------------------------------------------===//
 427
 428 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
 429 void ValueTable::add(Value* V, uint32_t num) {
 430   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
 431 }
 432
 433 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
 434 /// it a new number if it did not have one before.
 435 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value* V) {
 436   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
 437   if (VI != valueNumbering.end())
 438     return VI->second;
 439
 440   if (CallInst* C = dyn_cast<CallInst>(V)) {
 441     if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
 442       Expression e = create_expression(C);
 443
 444       DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 445       if (EI != expressionNumbering.end()) {
 446         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 447         return EI->second;
 448       } else {
 449         expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 450         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 451
 452         return nextValueNumber++;
 453       }
 454     } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
 455       Expression e = create_expression(C);
 456
 457       if (expressionNumbering.find(e) == expressionNumbering.end()) {
 458         expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 459         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 460         return nextValueNumber++;
 461       }
 462
 463       MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
 464
 465       if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
 466         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 467         return nextValueNumber++;
 468       }
 469
 470       if (local_dep.isDef()) {
 471         CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
 472
 473         if (local_cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
 474           valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 475           return nextValueNumber++;
 476         }
 477
 478         for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
 479           uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
 480           uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getOperand(i));
 481           if (c_vn != cd_vn) {
 482             valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 483             return nextValueNumber++;
 484           }
 485         }
 486
 487         uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
 488         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, v));
 489         return v;
 490       }
 491
 492       // Non-local case.
 493       const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
 494         MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
 495       // FIXME: call/call dependencies for readonly calls should return def, not
 496       // clobber!  Move the checking logic to MemDep!
 497       CallInst* cdep = 0;
 498
 499       // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
 500       // identical to C.
 501       for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
 502         const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
 503         // Ignore non-local dependencies.
 504         if (I->second.isNonLocal())
 505           continue;
 506
 507         // We don't handle non-depedencies.  If we already have a call, reject
 508         // instruction dependencies.
 509         if (I->second.isClobber() || cdep != 0) {
 510           cdep = 0;
 511           break;
 512         }
 513
 514         CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->second.getInst());
 515         // FIXME: All duplicated with non-local case.
 516         if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->first, C->getParent())){
 517           cdep = NonLocalDepCall;
 518           continue;
 519         }
 520
 521         cdep = 0;
 522         break;
 523       }
 524
 525       if (!cdep) {
 526         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 527         return nextValueNumber++;
 528       }
 529
 530       if (cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
 531         valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 532         return nextValueNumber++;
 533       }
 534       for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
 535         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
 536         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getOperand(i));
 537         if (c_vn != cd_vn) {
 538           valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 539           return nextValueNumber++;
 540         }
 541       }
 542
 543       uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
 544       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, v));
 545       return v;
 546
 547     } else {
 548       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 549       return nextValueNumber++;
 550     }
 551   } else if (BinaryOperator* BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
 552     Expression e = create_expression(BO);
 553
 554     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 555     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 556       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 557       return EI->second;
 558     } else {
 559       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 560       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 561
 562       return nextValueNumber++;
 563     }
 564   } else if (CmpInst* C = dyn_cast<CmpInst>(V)) {
 565     Expression e = create_expression(C);
 566
 567     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 568     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 569       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 570       return EI->second;
 571     } else {
 572       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 573       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 574
 575       return nextValueNumber++;
 576     }
 577   } else if (ShuffleVectorInst* U = dyn_cast<ShuffleVectorInst>(V)) {
 578     Expression e = create_expression(U);
 579
 580     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 581     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 582       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 583       return EI->second;
 584     } else {
 585       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 586       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 587
 588       return nextValueNumber++;
 589     }
 590   } else if (ExtractElementInst* U = dyn_cast<ExtractElementInst>(V)) {
 591     Expression e = create_expression(U);
 592
 593     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 594     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 595       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 596       return EI->second;
 597     } else {
 598       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 599       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 600
 601       return nextValueNumber++;
 602     }
 603   } else if (InsertElementInst* U = dyn_cast<InsertElementInst>(V)) {
 604     Expression e = create_expression(U);
 605
 606     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 607     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 608       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 609       return EI->second;
 610     } else {
 611       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 612       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 613
 614       return nextValueNumber++;
 615     }
 616   } else if (SelectInst* U = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
 617     Expression e = create_expression(U);
 618
 619     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 620     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 621       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 622       return EI->second;
 623     } else {
 624       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 625       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 626
 627       return nextValueNumber++;
 628     }
 629   } else if (CastInst* U = dyn_cast<CastInst>(V)) {
 630     Expression e = create_expression(U);
 631
 632     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 633     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 634       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 635       return EI->second;
 636     } else {
 637       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 638       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 639
 640       return nextValueNumber++;
 641     }
 642   } else if (GetElementPtrInst* U = dyn_cast<GetElementPtrInst>(V)) {
 643     Expression e = create_expression(U);
 644
 645     DenseMap<Expression, uint32_t>::iterator EI = expressionNumbering.find(e);
 646     if (EI != expressionNumbering.end()) {
 647       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, EI->second));
 648       return EI->second;
 649     } else {
 650       expressionNumbering.insert(std::make_pair(e, nextValueNumber));
 651       valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 652
 653       return nextValueNumber++;
 654     }
 655   } else {
 656     valueNumbering.insert(std::make_pair(V, nextValueNumber));
 657     return nextValueNumber++;
 658   }
 659 }
 660
 661 /// lookup - Returns the value number of the specified value. Fails if
 662 /// the value has not yet been numbered.
 663 uint32_t ValueTable::lookup(Value* V) const {
 664   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
 665   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
 666   return VI->second;
 667 }
 668
 669 /// clear - Remove all entries from the ValueTable
 670 void ValueTable::clear() {
 671   valueNumbering.clear();
 672   expressionNumbering.clear();
 673   nextValueNumber = 1;
 674 }
 675
 676 /// erase - Remove a value from the value numbering
 677 void ValueTable::erase(Value* V) {
 678   valueNumbering.erase(V);
 679 }
 680
 681 //===----------------------------------------------------------------------===//
 682 //                         GVN Pass
 683 //===----------------------------------------------------------------------===//
 684
 685 namespace {
 686   struct VISIBILITY_HIDDEN ValueNumberScope {
 687     ValueNumberScope* parent;
 688     DenseMap<uint32_t, Value*> table;
 689
 690     ValueNumberScope(ValueNumberScope* p) : parent(p) { }
 691   };
 692 }
 693
 694 namespace {
 695
 696   class VISIBILITY_HIDDEN GVN : public FunctionPass {
 697     bool runOnFunction(Function &F);
 698   public:
 699     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 700     GVN() : FunctionPass(&ID) { }
 701
 702   private:
 703     MemoryDependenceAnalysis *MD;
 704     DominatorTree *DT;
 705
 706     ValueTable VN;
 707     DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*> localAvail;
 708
 709     typedef DenseMap<Value*, SmallPtrSet<Instruction*, 4> > PhiMapType;
 710     PhiMapType phiMap;
 711
 712
 713     // This transformation requires dominator postdominator info
 714     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 715       AU.addRequired<DominatorTree>();
 716       AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
 717       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 718
 719       AU.addPreserved<DominatorTree>();
 720       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
 721     }
 722
 723     // Helper fuctions
 724     // FIXME: eliminate or document these better
 725     bool processLoad(LoadInst* L,
 726                      SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 727     bool processInstruction(Instruction* I,
 728                             SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 729     bool processNonLocalLoad(LoadInst* L,
 730                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 731     bool processBlock(BasicBlock* BB);
 732     Value *GetValueForBlock(BasicBlock *BB, Instruction* orig,
 733                             DenseMap<BasicBlock*, Value*> &Phis,
 734                             bool top_level = false);
 735     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d);
 736     bool iterateOnFunction(Function &F);
 737     Value* CollapsePhi(PHINode* p);
 738     bool isSafeReplacement(PHINode* p, Instruction* inst);
 739     bool performPRE(Function& F);
 740     Value* lookupNumber(BasicBlock* BB, uint32_t num);
 741     bool mergeBlockIntoPredecessor(BasicBlock* BB);
 742     Value* AttemptRedundancyElimination(Instruction* orig, unsigned valno);
 743     void cleanupGlobalSets();
 744   };
 745
 746   char GVN::ID = 0;
 747 }
 748
 749 // createGVNPass - The public interface to this file...
 750 FunctionPass *llvm::createGVNPass() { return new GVN(); }
 751
 752 static RegisterPass<GVN> X("gvn",
 753                            "Global Value Numbering");
 754
 755 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
 756   printf("{\n");
 757   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
 758        E = d.end(); I != E; ++I) {
 759       printf("%d\n", I->first);
 760       I->second->dump();
 761   }
 762   printf("}\n");
 763 }
 764
 765 Value* GVN::CollapsePhi(PHINode* p) {
 766   Value* constVal = p->hasConstantValue();
 767   if (!constVal) return 0;
 768
 769   Instruction* inst = dyn_cast<Instruction>(constVal);
 770   if (!inst)
 771     return constVal;
 772
 773   if (DT->dominates(inst, p))
 774     if (isSafeReplacement(p, inst))
 775       return inst;
 776   return 0;
 777 }
 778
 779 bool GVN::isSafeReplacement(PHINode* p, Instruction* inst) {
 780   if (!isa<PHINode>(inst))
 781     return true;
 782
 783   for (Instruction::use_iterator UI = p->use_begin(), E = p->use_end();
 784        UI != E; ++UI)
 785     if (PHINode* use_phi = dyn_cast<PHINode>(UI))
 786       if (use_phi->getParent() == inst->getParent())
 787         return false;
 788
 789   return true;
 790 }
 791
 792 /// GetValueForBlock - Get the value to use within the specified basic block.
 793 /// available values are in Phis.
 794 Value *GVN::GetValueForBlock(BasicBlock *BB, Instruction* orig,
 795                              DenseMap<BasicBlock*, Value*> &Phis,
 796                              bool top_level) {
 797
 798   // If we have already computed this value, return the previously computed val.
 799   DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator V = Phis.find(BB);
 800   if (V != Phis.end() && !top_level) return V->second;
 801
 802   // If the block is unreachable, just return undef, since this path
 803   // can't actually occur at runtime.
 804   if (!DT->isReachableFromEntry(BB))
 805     return Phis[BB] = UndefValue::get(orig->getType());
 806
 807   if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor()) {
 808     Value *ret = GetValueForBlock(Pred, orig, Phis);
 809     Phis[BB] = ret;
 810     return ret;
 811   }
 812
 813   // Get the number of predecessors of this block so we can reserve space later.
 814   // If there is already a PHI in it, use the #preds from it, otherwise count.
 815   // Getting it from the PHI is constant time.
 816   unsigned NumPreds;
 817   if (PHINode *ExistingPN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
 818     NumPreds = ExistingPN->getNumIncomingValues();
 819   else
 820     NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
 821
 822   // Otherwise, the idom is the loop, so we need to insert a PHI node.  Do so
 823   // now, then get values to fill in the incoming values for the PHI.
 824   PHINode *PN = PHINode::Create(orig->getType(), orig->getName()+".rle",
 825                                 BB->begin());
 826   PN->reserveOperandSpace(NumPreds);
 827
 828   Phis.insert(std::make_pair(BB, PN));
 829
 830   // Fill in the incoming values for the block.
 831   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
 832     Value* val = GetValueForBlock(*PI, orig, Phis);
 833     PN->addIncoming(val, *PI);
 834   }
 835
 836   VN.getAliasAnalysis()->copyValue(orig, PN);
 837
 838   // Attempt to collapse PHI nodes that are trivially redundant
 839   Value* v = CollapsePhi(PN);
 840   if (!v) {
 841     // Cache our phi construction results
 842     if (LoadInst* L = dyn_cast<LoadInst>(orig))
 843       phiMap[L->getPointerOperand()].insert(PN);
 844     else
 845       phiMap[orig].insert(PN);
 846
 847     return PN;
 848   }
 849
 850   PN->replaceAllUsesWith(v);
 851   if (isa<PointerType>(v->getType()))
 852     MD->invalidateCachedPointerInfo(v);
 853
 854   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = Phis.begin(),
 855        E = Phis.end(); I != E; ++I)
 856     if (I->second == PN)
 857       I->second = v;
 858
 859   DEBUG(cerr << "GVN removed: " << *PN);
 860   MD->removeInstruction(PN);
 861   PN->eraseFromParent();
 862
 863   Phis[BB] = v;
 864   return v;
 865 }
 866
 867 /// IsValueFullyAvailableInBlock - Return true if we can prove that the value
 868 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
 869 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
 870 /// map is actually a tri-state map with the following values:
 871 ///   0) we know the block *is not* fully available.
 872 ///   1) we know the block *is* fully available.
 873 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
 874 ///      currently speculating that it will be.
 875 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
 876 ///      other blocks.
 877 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
 878                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks) {
 879   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
 880   // if we already know about this block in one lookup.
 881   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
 882     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
 883
 884   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
 885   if (!IV.second) {
 886     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
 887     // speculation of other blocks.
 888     if (IV.first->second == 2)
 889       IV.first->second = 3;
 890     return IV.first->second != 0;
 891   }
 892
 893   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
 894   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
 895
 896   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
 897   if (PI == PE)
 898     goto SpeculationFailure;
 899
 900   for (; PI != PE; ++PI)
 901     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
 902     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
 903     // optimistic assumption and bail out.
 904     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
 905       goto SpeculationFailure;
 906
 907   return true;
 908
 909 // SpeculationFailure - If we get here, we found out that this is not, after
 910 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
 911 // used the speculation to mark other blocks as available.
 912 SpeculationFailure:
 913   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
 914
 915   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
 916   if (BBVal == 2) {
 917     BBVal = 0;
 918     return false;
 919   }
 920
 921   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
 922   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
 923   // 0 if set to one.
 924   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
 925   BBWorklist.push_back(BB);
 926
 927   while (!BBWorklist.empty()) {
 928     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
 929     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
 930     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
 931     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
 932     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
 933
 934     // Mark as unavailable.
 935     EntryVal = 0;
 936
 937     for (succ_iterator I = succ_begin(Entry), E = succ_end(Entry); I != E; ++I)
 938       BBWorklist.push_back(*I);
 939   }
 940
 941   return false;
 942 }
 943
 944 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
 945 /// non-local by performing PHI construction.
 946 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI,
 947                               SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
 948   // Find the non-local dependencies of the load.
 949   SmallVector<MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepEntry, 64> Deps;
 950   MD->getNonLocalPointerDependency(LI->getOperand(0), true, LI->getParent(),
 951                                    Deps);
 952   //DEBUG(cerr << "INVESTIGATING NONLOCAL LOAD: " << Deps.size() << *LI);
 953
 954   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
 955   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
 956   // it will be too expensive.
 957   if (Deps.size() > 100)
 958     return false;
 959
 960   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
 961   // clobber in the current block.  Reject this early.
 962   if (Deps.size() == 1 && Deps[0].second.isClobber())
 963     return false;
 964
 965   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
 966   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
 967   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
 968   // that could potentially clobber the load).
 969   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 16> ValuesPerBlock;
 970   SmallVector<BasicBlock*, 16> UnavailableBlocks;
 971
 972   for (unsigned i = 0, e = Deps.size(); i != e; ++i) {
 973     BasicBlock *DepBB = Deps[i].first;
 974     MemDepResult DepInfo = Deps[i].second;
 975
 976     if (DepInfo.isClobber()) {
 977       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
 978       continue;
 979     }
 980
 981     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
 982
 983     // Loading the allocation -> undef.
 984     if (isa<AllocationInst>(DepInst)) {
 985       ValuesPerBlock.push_back(std::make_pair(DepBB,
 986                                               UndefValue::get(LI->getType())));
 987       continue;
 988     }
 989
 990     if (StoreInst* S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
 991       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
 992       // different types.
 993       // NOTE: 403.gcc does have this case (e.g. in readonly_fields_p) because
 994       // of bitfield access, it would be interesting to optimize for it at some
 995       // point.
 996       if (S->getOperand(0)->getType() != LI->getType()) {
 997         UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
 998         continue;
 999       }
1000
1001       ValuesPerBlock.push_back(std::make_pair(DepBB, S->getOperand(0)));
1002
1003     } else if (LoadInst* LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1004       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1005         UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1006         continue;
1007       }
1008       ValuesPerBlock.push_back(std::make_pair(DepBB, LD));
1009     } else {
1010       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1011       continue;
1012     }
1013   }
1014
1015   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1016   // early.
1017   if (ValuesPerBlock.empty()) return false;
1018
1019   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1020   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1021   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1022   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1023     // Use cached PHI construction information from previous runs
1024     SmallPtrSet<Instruction*, 4> &p = phiMap[LI->getPointerOperand()];
1025     // FIXME: What does phiMap do? Are we positive it isn't getting invalidated?
1026     for (SmallPtrSet<Instruction*, 4>::iterator I = p.begin(), E = p.end();
1027          I != E; ++I) {
1028       if ((*I)->getParent() == LI->getParent()) {
1029         DEBUG(cerr << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD #1: " << *LI);
1030         LI->replaceAllUsesWith(*I);
1031         if (isa<PointerType>((*I)->getType()))
1032           MD->invalidateCachedPointerInfo(*I);
1033         toErase.push_back(LI);
1034         NumGVNLoad++;
1035         return true;
1036       }
1037
1038       ValuesPerBlock.push_back(std::make_pair((*I)->getParent(), *I));
1039     }
1040
1041     DEBUG(cerr << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI);
1042
1043     DenseMap<BasicBlock*, Value*> BlockReplValues;
1044     BlockReplValues.insert(ValuesPerBlock.begin(), ValuesPerBlock.end());
1045     // Perform PHI construction.
1046     Value* v = GetValueForBlock(LI->getParent(), LI, BlockReplValues, true);
1047     LI->replaceAllUsesWith(v);
1048
1049     if (!isa<GlobalValue>(v))
1050       v->takeName(LI);
1051     if (isa<PointerType>(v->getType()))
1052       MD->invalidateCachedPointerInfo(v);
1053     toErase.push_back(LI);
1054     NumGVNLoad++;
1055     return true;
1056   }
1057
1058   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1059     return false;
1060
1061   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1062   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1063   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1064   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1065   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1066   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1067   // the load, not inserting a new one).
1068
1069   // Everything we do here is based on local predecessors of LI's block.  If it
1070   // only has one predecessor, bail now.
1071   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1072   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
1073     return false;
1074
1075   // If we have a repl set with LI itself in it, this means we have a loop where
1076   // at least one of the values is LI.  Since this means that we won't be able
1077   // to eliminate LI even if we insert uses in the other predecessors, we will
1078   // end up increasing code size.  Reject this by scanning for LI.
1079   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1080     if (ValuesPerBlock[i].second == LI)
1081       return false;
1082
1083   // Okay, we have some hope :).  Check to see if the loaded value is fully
1084   // available in all but one predecessor.
1085   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1086   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1087   // that one block.
1088   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
1089
1090   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1091   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1092     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].first] = true;
1093   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1094     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1095
1096   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1097        PI != E; ++PI) {
1098     if (IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
1099       continue;
1100
1101     // If this load is not available in multiple predecessors, reject it.
1102     if (UnavailablePred && UnavailablePred != *PI)
1103       return false;
1104     UnavailablePred = *PI;
1105   }
1106
1107   assert(UnavailablePred != 0 &&
1108          "Fully available value should be eliminated above!");
1109
1110   // If the loaded pointer is PHI node defined in this block, do PHI translation
1111   // to get its value in the predecessor.
1112   Value *LoadPtr = LI->getOperand(0)->DoPHITranslation(LoadBB, UnavailablePred);
1113
1114   // Make sure the value is live in the predecessor.  If it was defined by a
1115   // non-PHI instruction in this block, we don't know how to recompute it above.
1116   if (Instruction *LPInst = dyn_cast<Instruction>(LoadPtr))
1117     if (!DT->dominates(LPInst->getParent(), UnavailablePred)) {
1118       DEBUG(cerr << "COULDN'T PRE LOAD BECAUSE PTR IS UNAVAILABLE IN PRED: "
1119                  << *LPInst << *LI << "\n");
1120       return false;
1121     }
1122
1123   // We don't currently handle critical edges :(
1124   if (UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1125     DEBUG(cerr << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF CRITICAL EDGE '"
1126                 << UnavailablePred->getName() << "': " << *LI);
1127     return false;
1128   }
1129
1130   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1131   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1132   // it.
1133   DEBUG(cerr << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI);
1134
1135   Value *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1136                                 LI->getAlignment(),
1137                                 UnavailablePred->getTerminator());
1138
1139   DenseMap<BasicBlock*, Value*> BlockReplValues;
1140   BlockReplValues.insert(ValuesPerBlock.begin(), ValuesPerBlock.end());
1141   BlockReplValues[UnavailablePred] = NewLoad;
1142
1143   // Perform PHI construction.
1144   Value* v = GetValueForBlock(LI->getParent(), LI, BlockReplValues, true);
1145   LI->replaceAllUsesWith(v);
1146   if (!isa<GlobalValue>(v))
1147     v->takeName(LI);
1148   if (isa<PointerType>(v->getType()))
1149     MD->invalidateCachedPointerInfo(v);
1150   toErase.push_back(LI);
1151   NumPRELoad++;
1152   return true;
1153 }
1154
1155 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1156 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1157 bool GVN::processLoad(LoadInst *L, SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1158   if (L->isVolatile())
1159     return false;
1160
1161   Value* pointer = L->getPointerOperand();
1162
1163   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1164   MemDepResult dep = MD->getDependency(L);
1165
1166   // If the value isn't available, don't do anything!
1167   if (dep.isClobber())
1168     return false;
1169
1170   // If it is defined in another block, try harder.
1171   if (dep.isNonLocal())
1172     return processNonLocalLoad(L, toErase);
1173
1174   Instruction *DepInst = dep.getInst();
1175   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1176     // Only forward substitute stores to loads of the same type.
1177     // FIXME: Could do better!
1178     if (DepSI->getPointerOperand()->getType() != pointer->getType())
1179       return false;
1180
1181     // Remove it!
1182     L->replaceAllUsesWith(DepSI->getOperand(0));
1183     if (isa<PointerType>(DepSI->getOperand(0)->getType()))
1184       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepSI->getOperand(0));
1185     toErase.push_back(L);
1186     NumGVNLoad++;
1187     return true;
1188   }
1189
1190   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1191     // Only forward substitute stores to loads of the same type.
1192     // FIXME: Could do better! load i32 -> load i8 -> truncate on little endian.
1193     if (DepLI->getType() != L->getType())
1194       return false;
1195
1196     // Remove it!
1197     L->replaceAllUsesWith(DepLI);
1198     if (isa<PointerType>(DepLI->getType()))
1199       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1200     toErase.push_back(L);
1201     NumGVNLoad++;
1202     return true;
1203   }
1204
1205   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1206   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1207   // intervening stores, for example.
1208   if (isa<AllocationInst>(DepInst)) {
1209     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1210     toErase.push_back(L);
1211     NumGVNLoad++;
1212     return true;
1213   }
1214
1215   return false;
1216 }
1217
1218 Value* GVN::lookupNumber(BasicBlock* BB, uint32_t num) {
1219   DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator I = localAvail.find(BB);
1220   if (I == localAvail.end())
1221     return 0;
1222
1223   ValueNumberScope* locals = I->second;
1224
1225   while (locals) {
1226     DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = locals->table.find(num);
1227     if (I != locals->table.end())
1228       return I->second;
1229     else
1230       locals = locals->parent;
1231   }
1232
1233   return 0;
1234 }
1235
1236 /// AttemptRedundancyElimination - If the "fast path" of redundancy elimination
1237 /// by inheritance from the dominator fails, see if we can perform phi
1238 /// construction to eliminate the redundancy.
1239 Value* GVN::AttemptRedundancyElimination(Instruction* orig, unsigned valno) {
1240   BasicBlock* BaseBlock = orig->getParent();
1241
1242   SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> Visited;
1243   SmallVector<BasicBlock*, 8> Stack;
1244   Stack.push_back(BaseBlock);
1245
1246   DenseMap<BasicBlock*, Value*> Results;
1247
1248   // Walk backwards through our predecessors, looking for instances of the
1249   // value number we're looking for.  Instances are recorded in the Results
1250   // map, which is then used to perform phi construction.
1251   while (!Stack.empty()) {
1252     BasicBlock* Current = Stack.back();
1253     Stack.pop_back();
1254
1255     // If we've walked all the way to a proper dominator, then give up. Cases
1256     // where the instance is in the dominator will have been caught by the fast
1257     // path, and any cases that require phi construction further than this are
1258     // probably not worth it anyways.  Note that this is a SIGNIFICANT compile
1259     // time improvement.
1260     if (DT->properlyDominates(Current, orig->getParent())) return 0;
1261
1262     DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator LA =
1263                                                        localAvail.find(Current);
1264     if (LA == localAvail.end()) return 0;
1265     DenseMap<unsigned, Value*>::iterator V = LA->second->table.find(valno);
1266
1267     if (V != LA->second->table.end()) {
1268       // Found an instance, record it.
1269       Results.insert(std::make_pair(Current, V->second));
1270       continue;
1271     }
1272
1273     // If we reach the beginning of the function, then give up.
1274     if (pred_begin(Current) == pred_end(Current))
1275       return 0;
1276
1277     for (pred_iterator PI = pred_begin(Current), PE = pred_end(Current);
1278          PI != PE; ++PI)
1279       if (Visited.insert(*PI))
1280         Stack.push_back(*PI);
1281   }
1282
1283   // If we didn't find instances, give up.  Otherwise, perform phi construction.
1284   if (Results.size() == 0)
1285     return 0;
1286   else
1287     return GetValueForBlock(BaseBlock, orig, Results, true);
1288 }
1289
1290 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
1291 /// by inserting it into the appropriate sets
1292 bool GVN::processInstruction(Instruction *I,
1293                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1294   if (LoadInst* L = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1295     bool changed = processLoad(L, toErase);
1296
1297     if (!changed) {
1298       unsigned num = VN.lookup_or_add(L);
1299       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(num, L));
1300     }
1301
1302     return changed;
1303   }
1304
1305   uint32_t nextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
1306   unsigned num = VN.lookup_or_add(I);
1307
1308   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
1309   // by fast failing them.
1310   if (isa<AllocationInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I)) {
1311     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(num, I));
1312     return false;
1313   }
1314
1315   // Collapse PHI nodes
1316   if (PHINode* p = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1317     Value* constVal = CollapsePhi(p);
1318
1319     if (constVal) {
1320       for (PhiMapType::iterator PI = phiMap.begin(), PE = phiMap.end();
1321            PI != PE; ++PI)
1322         PI->second.erase(p);
1323
1324       p->replaceAllUsesWith(constVal);
1325       if (isa<PointerType>(constVal->getType()))
1326         MD->invalidateCachedPointerInfo(constVal);
1327       toErase.push_back(p);
1328     } else {
1329       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(num, I));
1330     }
1331
1332   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
1333   // need to do a lookup to see if the number already exists
1334   // somewhere in the domtree: it can't!
1335   } else if (num == nextNum) {
1336     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(num, I));
1337
1338   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
1339   // dominators.
1340   } else if (Value* repl = lookupNumber(I->getParent(), num)) {
1341     // Remove it!
1342     VN.erase(I);
1343     I->replaceAllUsesWith(repl);
1344     if (isa<PointerType>(repl->getType()))
1345       MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
1346     toErase.push_back(I);
1347     return true;
1348
1349 #if 0
1350   // Perform slow-pathvalue-number based elimination with phi construction.
1351   } else if (Value* repl = AttemptRedundancyElimination(I, num)) {
1352     // Remove it!
1353     VN.erase(I);
1354     I->replaceAllUsesWith(repl);
1355     if (isa<PointerType>(repl->getType()))
1356       MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
1357     toErase.push_back(I);
1358     return true;
1359 #endif
1360   } else {
1361     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(num, I));
1362   }
1363
1364   return false;
1365 }
1366
1367 // GVN::runOnFunction - This is the main transformation entry point for a
1368 // function.
1369 //
1370 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
1371   MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
1372   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1373   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
1374   VN.setMemDep(MD);
1375   VN.setDomTree(DT);
1376
1377   bool changed = false;
1378   bool shouldContinue = true;
1379
1380   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
1381   // optimization opportunities.
1382   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
1383     BasicBlock* BB = FI;
1384     ++FI;
1385     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, this);
1386     if (removedBlock) NumGVNBlocks++;
1387
1388     changed |= removedBlock;
1389   }
1390
1391   unsigned Iteration = 0;
1392
1393   while (shouldContinue) {
1394     DEBUG(cerr << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
1395     shouldContinue = iterateOnFunction(F);
1396     changed |= shouldContinue;
1397     ++Iteration;
1398   }
1399
1400   if (EnablePRE) {
1401     bool PREChanged = true;
1402     while (PREChanged) {
1403       PREChanged = performPRE(F);
1404       changed |= PREChanged;
1405     }
1406   }
1407   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
1408   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
1409   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
1410   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
1411
1412   cleanupGlobalSets();
1413
1414   return changed;
1415 }
1416
1417
1418 bool GVN::processBlock(BasicBlock* BB) {
1419   DomTreeNode* DTN = DT->getNode(BB);
1420   // FIXME: Kill off toErase by doing erasing eagerly in a helper function (and
1421   // incrementing BI before processing an instruction).
1422   SmallVector<Instruction*, 8> toErase;
1423   bool changed_function = false;
1424
1425   if (DTN->getIDom())
1426     localAvail[BB] =
1427                   new ValueNumberScope(localAvail[DTN->getIDom()->getBlock()]);
1428   else
1429     localAvail[BB] = new ValueNumberScope(0);
1430
1431   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
1432        BI != BE;) {
1433     changed_function |= processInstruction(BI, toErase);
1434     if (toErase.empty()) {
1435       ++BI;
1436       continue;
1437     }
1438
1439     // If we need some instructions deleted, do it now.
1440     NumGVNInstr += toErase.size();
1441
1442     // Avoid iterator invalidation.
1443     bool AtStart = BI == BB->begin();
1444     if (!AtStart)
1445       --BI;
1446
1447     for (SmallVector<Instruction*, 4>::iterator I = toErase.begin(),
1448          E = toErase.end(); I != E; ++I) {
1449       DEBUG(cerr << "GVN removed: " << **I);
1450       MD->removeInstruction(*I);
1451       (*I)->eraseFromParent();
1452     }
1453     toErase.clear();
1454
1455     if (AtStart)
1456       BI = BB->begin();
1457     else
1458       ++BI;
1459   }
1460
1461   return changed_function;
1462 }
1463
1464 /// performPRE - Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
1465 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
1466 bool GVN::performPRE(Function& F) {
1467   bool Changed = false;
1468   SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
1469   DenseMap<BasicBlock*, Value*> predMap;
1470   for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(&F.getEntryBlock()),
1471        DE = df_end(&F.getEntryBlock()); DI != DE; ++DI) {
1472     BasicBlock* CurrentBlock = *DI;
1473
1474     // Nothing to PRE in the entry block.
1475     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock()) continue;
1476
1477     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
1478          BE = CurrentBlock->end(); BI != BE; ) {
1479       Instruction *CurInst = BI++;
1480
1481       if (isa<AllocationInst>(CurInst) || isa<TerminatorInst>(CurInst) ||
1482           isa<PHINode>(CurInst) || CurInst->mayReadFromMemory() ||
1483           CurInst->mayWriteToMemory())
1484         continue;
1485
1486       uint32_t valno = VN.lookup(CurInst);
1487
1488       // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
1489       // only trying to solve the basic diamond case, where
1490       // a value is computed in the successor and one predecessor,
1491       // but not the other.  We also explicitly disallow cases
1492       // where the successor is its own predecessor, because they're
1493       // more complicated to get right.
1494       unsigned numWith = 0;
1495       unsigned numWithout = 0;
1496       BasicBlock* PREPred = 0;
1497       predMap.clear();
1498
1499       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
1500            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI) {
1501         // We're not interested in PRE where the block is its
1502         // own predecessor, on in blocks with predecessors
1503         // that are not reachable.
1504         if (*PI == CurrentBlock) {
1505           numWithout = 2;
1506           break;
1507         } else if (!localAvail.count(*PI))  {
1508           numWithout = 2;
1509           break;
1510         }
1511
1512         DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator predV =
1513                                             localAvail[*PI]->table.find(valno);
1514         if (predV == localAvail[*PI]->table.end()) {
1515           PREPred = *PI;
1516           numWithout++;
1517         } else if (predV->second == CurInst) {
1518           numWithout = 2;
1519         } else {
1520           predMap[*PI] = predV->second;
1521           numWith++;
1522         }
1523       }
1524
1525       // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
1526       // we would need to insert instructions in more than one pred.
1527       if (numWithout != 1 || numWith == 0)
1528         continue;
1529
1530       // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
1531       // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
1532       // on the function.
1533       unsigned succNum = 0;
1534       for (unsigned i = 0, e = PREPred->getTerminator()->getNumSuccessors();
1535            i != e; ++i)
1536         if (PREPred->getTerminator()->getSuccessor(i) == CurrentBlock) {
1537           succNum = i;
1538           break;
1539         }
1540
1541       if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), succNum)) {
1542         toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), succNum));
1543         continue;
1544       }
1545
1546       // Instantiate the expression the in predecessor that lacked it.
1547       // Because we are going top-down through the block, all value numbers
1548       // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
1549       // that weren't original present will have been instantiated earlier
1550       // in this loop.
1551       Instruction* PREInstr = CurInst->clone();
1552       bool success = true;
1553       for (unsigned i = 0, e = CurInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1554         Value *Op = PREInstr->getOperand(i);
1555         if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
1556           continue;
1557
1558         if (Value *V = lookupNumber(PREPred, VN.lookup(Op))) {
1559           PREInstr->setOperand(i, V);
1560         } else {
1561           success = false;
1562           break;
1563         }
1564       }
1565
1566       // Fail out if we encounter an operand that is not available in
1567       // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
1568       // are not value numbered precisely.
1569       if (!success) {
1570         delete PREInstr;
1571         continue;
1572       }
1573
1574       PREInstr->insertBefore(PREPred->getTerminator());
1575       PREInstr->setName(CurInst->getName() + ".pre");
1576       predMap[PREPred] = PREInstr;
1577       VN.add(PREInstr, valno);
1578       NumGVNPRE++;
1579
1580       // Update the availability map to include the new instruction.
1581       localAvail[PREPred]->table.insert(std::make_pair(valno, PREInstr));
1582
1583       // Create a PHI to make the value available in this block.
1584       PHINode* Phi = PHINode::Create(CurInst->getType(),
1585                                      CurInst->getName() + ".pre-phi",
1586                                      CurrentBlock->begin());
1587       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
1588            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI)
1589         Phi->addIncoming(predMap[*PI], *PI);
1590
1591       VN.add(Phi, valno);
1592       localAvail[CurrentBlock]->table[valno] = Phi;
1593
1594       CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
1595       if (isa<PointerType>(Phi->getType()))
1596         MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
1597       VN.erase(CurInst);
1598
1599       DEBUG(cerr << "GVN PRE removed: " << *CurInst);
1600       MD->removeInstruction(CurInst);
1601       CurInst->eraseFromParent();
1602       Changed = true;
1603     }
1604   }
1605
1606   for (SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4>::iterator
1607        I = toSplit.begin(), E = toSplit.end(); I != E; ++I)
1608     SplitCriticalEdge(I->first, I->second, this);
1609
1610   return Changed || toSplit.size();
1611 }
1612
1613 // iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
1614 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
1615   cleanupGlobalSets();
1616
1617   // Top-down walk of the dominator tree
1618   bool changed = false;
1619 #if 0
1620   // Needed for value numbering with phi construction to work.
1621   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
1622   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
1623        RE = RPOT.end(); RI != RE; ++RI)
1624     changed |= processBlock(*RI);
1625 #else
1626   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
1627        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI)
1628     changed |= processBlock(DI->getBlock());
1629 #endif
1630
1631   return changed;
1632 }
1633
1634 void GVN::cleanupGlobalSets() {
1635   VN.clear();
1636   phiMap.clear();
1637
1638   for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator
1639        I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I)
1640     delete I->second;
1641   localAvail.clear();
1642 }