[GVN] Use a simpler form of IRBuilder constructor.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / GVN.cpp
1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass performs global value numbering to eliminate fully redundant
11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
12 //
13 // Note that this pass does the value numbering itself; it does not use the
14 // ValueNumbering analysis passes.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
19 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
20 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
21 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
22 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
23 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
24 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
26 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
27 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
28 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
29 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
30 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
31 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
32 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
33 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
34 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
35 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
36 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
37 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
38 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
39 #include "llvm/IR/Dominators.h"
40 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
41 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
42 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
43 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
44 #include "llvm/IR/Metadata.h"
45 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
46 #include "llvm/Support/Allocator.h"
47 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
48 #include "llvm/Support/Debug.h"
49 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
50 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
51 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
52 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
53 #include <vector>
54 using namespace llvm;
55 using namespace PatternMatch;
56
57 #define DEBUG_TYPE "gvn"
58
59 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
60 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
61 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
62 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
63 STATISTIC(NumGVNSimpl,  "Number of instructions simplified");
64 STATISTIC(NumGVNEqProp, "Number of equalities propagated");
65 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
66
67 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
68                                cl::init(true), cl::Hidden);
69 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
70
71 // Maximum allowed recursion depth.
72 static cl::opt<uint32_t>
73 MaxRecurseDepth("max-recurse-depth", cl::Hidden, cl::init(1000), cl::ZeroOrMore,
74                 cl::desc("Max recurse depth (default = 1000)"));
75
76 //===----------------------------------------------------------------------===//
77 //                         ValueTable Class
78 //===----------------------------------------------------------------------===//
79
80 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
81 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
82 /// two values.
83 namespace {
84   struct Expression {
85     uint32_t opcode;
86     Type *type;
87     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
88
89     Expression(uint32_t o = ~2U) : opcode(o) { }
90
91     bool operator==(const Expression &other) const {
92       if (opcode != other.opcode)
93         return false;
94       if (opcode == ~0U || opcode == ~1U)
95         return true;
96       if (type != other.type)
97         return false;
98       if (varargs != other.varargs)
99         return false;
100       return true;
101     }
102
103     friend hash_code hash_value(const Expression &Value) {
104       return hash_combine(Value.opcode, Value.type,
105                           hash_combine_range(Value.varargs.begin(),
106                                              Value.varargs.end()));
107     }
108   };
109
110   class ValueTable {
111     DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
112     DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
113     AliasAnalysis *AA;
114     MemoryDependenceAnalysis *MD;
115     DominatorTree *DT;
116
117     uint32_t nextValueNumber;
118
119     Expression create_expression(Instruction* I);
120     Expression create_cmp_expression(unsigned Opcode,
121                                      CmpInst::Predicate Predicate,
122                                      Value *LHS, Value *RHS);
123     Expression create_extractvalue_expression(ExtractValueInst* EI);
124     uint32_t lookup_or_add_call(CallInst* C);
125   public:
126     ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
127     uint32_t lookup_or_add(Value *V);
128     uint32_t lookup(Value *V) const;
129     uint32_t lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode, CmpInst::Predicate Pred,
130                                Value *LHS, Value *RHS);
131     void add(Value *V, uint32_t num);
132     void clear();
133     void erase(Value *v);
134     void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
135     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
136     void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
137     void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
138     uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
139     void verifyRemoved(const Value *) const;
140   };
141 }
142
143 namespace llvm {
144 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
145   static inline Expression getEmptyKey() {
146     return ~0U;
147   }
148
149   static inline Expression getTombstoneKey() {
150     return ~1U;
151   }
152
153   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
154     using llvm::hash_value;
155     return static_cast<unsigned>(hash_value(e));
156   }
157   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
158     return LHS == RHS;
159   }
160 };
161
162 }
163
164 //===----------------------------------------------------------------------===//
165 //                     ValueTable Internal Functions
166 //===----------------------------------------------------------------------===//
167
168 Expression ValueTable::create_expression(Instruction *I) {
169   Expression e;
170   e.type = I->getType();
171   e.opcode = I->getOpcode();
172   for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
173        OI != OE; ++OI)
174     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
175   if (I->isCommutative()) {
176     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
177     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
178     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
179     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
180     assert(I->getNumOperands() == 2 && "Unsupported commutative instruction!");
181     if (e.varargs[0] > e.varargs[1])
182       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
183   }
184
185   if (CmpInst *C = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
186     // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
187     CmpInst::Predicate Predicate = C->getPredicate();
188     if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
189       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
190       Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
191     }
192     e.opcode = (C->getOpcode() << 8) | Predicate;
193   } else if (InsertValueInst *E = dyn_cast<InsertValueInst>(I)) {
194     for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
195          II != IE; ++II)
196       e.varargs.push_back(*II);
197   }
198
199   return e;
200 }
201
202 Expression ValueTable::create_cmp_expression(unsigned Opcode,
203                                              CmpInst::Predicate Predicate,
204                                              Value *LHS, Value *RHS) {
205   assert((Opcode == Instruction::ICmp || Opcode == Instruction::FCmp) &&
206          "Not a comparison!");
207   Expression e;
208   e.type = CmpInst::makeCmpResultType(LHS->getType());
209   e.varargs.push_back(lookup_or_add(LHS));
210   e.varargs.push_back(lookup_or_add(RHS));
211
212   // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
213   if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
214     std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
215     Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
216   }
217   e.opcode = (Opcode << 8) | Predicate;
218   return e;
219 }
220
221 Expression ValueTable::create_extractvalue_expression(ExtractValueInst *EI) {
222   assert(EI && "Not an ExtractValueInst?");
223   Expression e;
224   e.type = EI->getType();
225   e.opcode = 0;
226
227   IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(EI->getAggregateOperand());
228   if (I != nullptr && EI->getNumIndices() == 1 && *EI->idx_begin() == 0 ) {
229     // EI might be an extract from one of our recognised intrinsics. If it
230     // is we'll synthesize a semantically equivalent expression instead on
231     // an extract value expression.
232     switch (I->getIntrinsicID()) {
233       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
234       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
235         e.opcode = Instruction::Add;
236         break;
237       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
238       case Intrinsic::usub_with_overflow:
239         e.opcode = Instruction::Sub;
240         break;
241       case Intrinsic::smul_with_overflow:
242       case Intrinsic::umul_with_overflow:
243         e.opcode = Instruction::Mul;
244         break;
245       default:
246         break;
247     }
248
249     if (e.opcode != 0) {
250       // Intrinsic recognized. Grab its args to finish building the expression.
251       assert(I->getNumArgOperands() == 2 &&
252              "Expect two args for recognised intrinsics.");
253       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(0)));
254       e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getArgOperand(1)));
255       return e;
256     }
257   }
258
259   // Not a recognised intrinsic. Fall back to producing an extract value
260   // expression.
261   e.opcode = EI->getOpcode();
262   for (Instruction::op_iterator OI = EI->op_begin(), OE = EI->op_end();
263        OI != OE; ++OI)
264     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*OI));
265
266   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = EI->idx_begin(), IE = EI->idx_end();
267          II != IE; ++II)
268     e.varargs.push_back(*II);
269
270   return e;
271 }
272
273 //===----------------------------------------------------------------------===//
274 //                     ValueTable External Functions
275 //===----------------------------------------------------------------------===//
276
277 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
278 void ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
279   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
280 }
281
282 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_call(CallInst *C) {
283   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
284     Expression exp = create_expression(C);
285     uint32_t &e = expressionNumbering[exp];
286     if (!e) e = nextValueNumber++;
287     valueNumbering[C] = e;
288     return e;
289   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
290     Expression exp = create_expression(C);
291     uint32_t &e = expressionNumbering[exp];
292     if (!e) {
293       e = nextValueNumber++;
294       valueNumbering[C] = e;
295       return e;
296     }
297     if (!MD) {
298       e = nextValueNumber++;
299       valueNumbering[C] = e;
300       return e;
301     }
302
303     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
304
305     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
306       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
307       return nextValueNumber++;
308     }
309
310     if (local_dep.isDef()) {
311       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
312
313       if (local_cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
314         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
315         return nextValueNumber++;
316       }
317
318       for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
319         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
320         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getArgOperand(i));
321         if (c_vn != cd_vn) {
322           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
323           return nextValueNumber++;
324         }
325       }
326
327       uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
328       valueNumbering[C] = v;
329       return v;
330     }
331
332     // Non-local case.
333     const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
334       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
335     // FIXME: Move the checking logic to MemDep!
336     CallInst* cdep = nullptr;
337
338     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
339     // identical to C.
340     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
341       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
342       if (I->getResult().isNonLocal())
343         continue;
344
345       // We don't handle non-definitions.  If we already have a call, reject
346       // instruction dependencies.
347       if (!I->getResult().isDef() || cdep != nullptr) {
348         cdep = nullptr;
349         break;
350       }
351
352       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
353       // FIXME: All duplicated with non-local case.
354       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
355         cdep = NonLocalDepCall;
356         continue;
357       }
358
359       cdep = nullptr;
360       break;
361     }
362
363     if (!cdep) {
364       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
365       return nextValueNumber++;
366     }
367
368     if (cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
369       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
370       return nextValueNumber++;
371     }
372     for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
373       uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getArgOperand(i));
374       uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getArgOperand(i));
375       if (c_vn != cd_vn) {
376         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
377         return nextValueNumber++;
378       }
379     }
380
381     uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
382     valueNumbering[C] = v;
383     return v;
384
385   } else {
386     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
387     return nextValueNumber++;
388   }
389 }
390
391 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
392 /// it a new number if it did not have one before.
393 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value *V) {
394   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
395   if (VI != valueNumbering.end())
396     return VI->second;
397
398   if (!isa<Instruction>(V)) {
399     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
400     return nextValueNumber++;
401   }
402
403   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
404   Expression exp;
405   switch (I->getOpcode()) {
406     case Instruction::Call:
407       return lookup_or_add_call(cast<CallInst>(I));
408     case Instruction::Add:
409     case Instruction::FAdd:
410     case Instruction::Sub:
411     case Instruction::FSub:
412     case Instruction::Mul:
413     case Instruction::FMul:
414     case Instruction::UDiv:
415     case Instruction::SDiv:
416     case Instruction::FDiv:
417     case Instruction::URem:
418     case Instruction::SRem:
419     case Instruction::FRem:
420     case Instruction::Shl:
421     case Instruction::LShr:
422     case Instruction::AShr:
423     case Instruction::And:
424     case Instruction::Or:
425     case Instruction::Xor:
426     case Instruction::ICmp:
427     case Instruction::FCmp:
428     case Instruction::Trunc:
429     case Instruction::ZExt:
430     case Instruction::SExt:
431     case Instruction::FPToUI:
432     case Instruction::FPToSI:
433     case Instruction::UIToFP:
434     case Instruction::SIToFP:
435     case Instruction::FPTrunc:
436     case Instruction::FPExt:
437     case Instruction::PtrToInt:
438     case Instruction::IntToPtr:
439     case Instruction::BitCast:
440     case Instruction::Select:
441     case Instruction::ExtractElement:
442     case Instruction::InsertElement:
443     case Instruction::ShuffleVector:
444     case Instruction::InsertValue:
445     case Instruction::GetElementPtr:
446       exp = create_expression(I);
447       break;
448     case Instruction::ExtractValue:
449       exp = create_extractvalue_expression(cast<ExtractValueInst>(I));
450       break;
451     default:
452       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
453       return nextValueNumber++;
454   }
455
456   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
457   if (!e) e = nextValueNumber++;
458   valueNumbering[V] = e;
459   return e;
460 }
461
462 /// Returns the value number of the specified value. Fails if
463 /// the value has not yet been numbered.
464 uint32_t ValueTable::lookup(Value *V) const {
465   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
466   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
467   return VI->second;
468 }
469
470 /// Returns the value number of the given comparison,
471 /// assigning it a new number if it did not have one before.  Useful when
472 /// we deduced the result of a comparison, but don't immediately have an
473 /// instruction realizing that comparison to hand.
474 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_cmp(unsigned Opcode,
475                                        CmpInst::Predicate Predicate,
476                                        Value *LHS, Value *RHS) {
477   Expression exp = create_cmp_expression(Opcode, Predicate, LHS, RHS);
478   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
479   if (!e) e = nextValueNumber++;
480   return e;
481 }
482
483 /// Remove all entries from the ValueTable.
484 void ValueTable::clear() {
485   valueNumbering.clear();
486   expressionNumbering.clear();
487   nextValueNumber = 1;
488 }
489
490 /// Remove a value from the value numbering.
491 void ValueTable::erase(Value *V) {
492   valueNumbering.erase(V);
493 }
494
495 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
496 /// structures.
497 void ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
498   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
499          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
500     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
501   }
502 }
503
504 //===----------------------------------------------------------------------===//
505 //                                GVN Pass
506 //===----------------------------------------------------------------------===//
507
508 namespace {
509   class GVN;
510   struct AvailableValueInBlock {
511     /// BB - The basic block in question.
512     BasicBlock *BB;
513     enum ValType {
514       SimpleVal,  // A simple offsetted value that is accessed.
515       LoadVal,    // A value produced by a load.
516       MemIntrin,  // A memory intrinsic which is loaded from.
517       UndefVal    // A UndefValue representing a value from dead block (which
518                   // is not yet physically removed from the CFG). 
519     };
520   
521     /// V - The value that is live out of the block.
522     PointerIntPair<Value *, 2, ValType> Val;
523   
524     /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
525     unsigned Offset;
526   
527     static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
528                                      unsigned Offset = 0) {
529       AvailableValueInBlock Res;
530       Res.BB = BB;
531       Res.Val.setPointer(V);
532       Res.Val.setInt(SimpleVal);
533       Res.Offset = Offset;
534       return Res;
535     }
536   
537     static AvailableValueInBlock getMI(BasicBlock *BB, MemIntrinsic *MI,
538                                        unsigned Offset = 0) {
539       AvailableValueInBlock Res;
540       Res.BB = BB;
541       Res.Val.setPointer(MI);
542       Res.Val.setInt(MemIntrin);
543       Res.Offset = Offset;
544       return Res;
545     }
546   
547     static AvailableValueInBlock getLoad(BasicBlock *BB, LoadInst *LI,
548                                          unsigned Offset = 0) {
549       AvailableValueInBlock Res;
550       Res.BB = BB;
551       Res.Val.setPointer(LI);
552       Res.Val.setInt(LoadVal);
553       Res.Offset = Offset;
554       return Res;
555     }
556
557     static AvailableValueInBlock getUndef(BasicBlock *BB) {
558       AvailableValueInBlock Res;
559       Res.BB = BB;
560       Res.Val.setPointer(nullptr);
561       Res.Val.setInt(UndefVal);
562       Res.Offset = 0;
563       return Res;
564     }
565
566     bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
567     bool isCoercedLoadValue() const { return Val.getInt() == LoadVal; }
568     bool isMemIntrinValue() const { return Val.getInt() == MemIntrin; }
569     bool isUndefValue() const { return Val.getInt() == UndefVal; }
570   
571     Value *getSimpleValue() const {
572       assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
573       return Val.getPointer();
574     }
575   
576     LoadInst *getCoercedLoadValue() const {
577       assert(isCoercedLoadValue() && "Wrong accessor");
578       return cast<LoadInst>(Val.getPointer());
579     }
580   
581     MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
582       assert(isMemIntrinValue() && "Wrong accessor");
583       return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
584     }
585   
586     /// Emit code into this block to adjust the value defined here to the
587     /// specified type. This handles various coercion cases.
588     Value *MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI, GVN &gvn) const;
589   };
590
591   class GVN : public FunctionPass {
592     bool NoLoads;
593     MemoryDependenceAnalysis *MD;
594     DominatorTree *DT;
595     const TargetLibraryInfo *TLI;
596     AssumptionCache *AC;
597     SetVector<BasicBlock *> DeadBlocks;
598
599     ValueTable VN;
600
601     /// A mapping from value numbers to lists of Value*'s that
602     /// have that value number.  Use findLeader to query it.
603     struct LeaderTableEntry {
604       Value *Val;
605       const BasicBlock *BB;
606       LeaderTableEntry *Next;
607     };
608     DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry> LeaderTable;
609     BumpPtrAllocator TableAllocator;
610
611     SmallVector<Instruction*, 8> InstrsToErase;
612
613     typedef SmallVector<NonLocalDepResult, 64> LoadDepVect;
614     typedef SmallVector<AvailableValueInBlock, 64> AvailValInBlkVect;
615     typedef SmallVector<BasicBlock*, 64> UnavailBlkVect;
616
617   public:
618     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
619     explicit GVN(bool noloads = false)
620         : FunctionPass(ID), NoLoads(noloads), MD(nullptr) {
621       initializeGVNPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
622     }
623
624     bool runOnFunction(Function &F) override;
625
626     /// This removes the specified instruction from
627     /// our various maps and marks it for deletion.
628     void markInstructionForDeletion(Instruction *I) {
629       VN.erase(I);
630       InstrsToErase.push_back(I);
631     }
632
633     DominatorTree &getDominatorTree() const { return *DT; }
634     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return VN.getAliasAnalysis(); }
635     MemoryDependenceAnalysis &getMemDep() const { return *MD; }
636   private:
637     /// Push a new Value to the LeaderTable onto the list for its value number.
638     void addToLeaderTable(uint32_t N, Value *V, const BasicBlock *BB) {
639       LeaderTableEntry &Curr = LeaderTable[N];
640       if (!Curr.Val) {
641         Curr.Val = V;
642         Curr.BB = BB;
643         return;
644       }
645
646       LeaderTableEntry *Node = TableAllocator.Allocate<LeaderTableEntry>();
647       Node->Val = V;
648       Node->BB = BB;
649       Node->Next = Curr.Next;
650       Curr.Next = Node;
651     }
652
653     /// Scan the list of values corresponding to a given
654     /// value number, and remove the given instruction if encountered.
655     void removeFromLeaderTable(uint32_t N, Instruction *I, BasicBlock *BB) {
656       LeaderTableEntry* Prev = nullptr;
657       LeaderTableEntry* Curr = &LeaderTable[N];
658
659       while (Curr->Val != I || Curr->BB != BB) {
660         Prev = Curr;
661         Curr = Curr->Next;
662       }
663
664       if (Prev) {
665         Prev->Next = Curr->Next;
666       } else {
667         if (!Curr->Next) {
668           Curr->Val = nullptr;
669           Curr->BB = nullptr;
670         } else {
671           LeaderTableEntry* Next = Curr->Next;
672           Curr->Val = Next->Val;
673           Curr->BB = Next->BB;
674           Curr->Next = Next->Next;
675         }
676       }
677     }
678
679     // List of critical edges to be split between iterations.
680     SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
681
682     // This transformation requires dominator postdominator info
683     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
684       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
685       AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
686       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
687       if (!NoLoads)
688         AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
689       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
690
691       AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
692       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
693     }
694
695
696     // Helper fuctions of redundant load elimination 
697     bool processLoad(LoadInst *L);
698     bool processNonLocalLoad(LoadInst *L);
699     void AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps, 
700                                  AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
701                                  UnavailBlkVect &UnavailableBlocks);
702     bool PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock, 
703                         UnavailBlkVect &UnavailableBlocks);
704
705     // Other helper routines
706     bool processInstruction(Instruction *I);
707     bool processBlock(BasicBlock *BB);
708     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*> &d);
709     bool iterateOnFunction(Function &F);
710     bool performPRE(Function &F);
711     bool performScalarPRE(Instruction *I);
712     bool performScalarPREInsertion(Instruction *Instr, BasicBlock *Pred,
713                                    unsigned int ValNo);
714     Value *findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num);
715     void cleanupGlobalSets();
716     void verifyRemoved(const Instruction *I) const;
717     bool splitCriticalEdges();
718     BasicBlock *splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ);
719     bool propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS, const BasicBlockEdge &Root);
720     bool processFoldableCondBr(BranchInst *BI);
721     void addDeadBlock(BasicBlock *BB);
722     void assignValNumForDeadCode();
723   };
724
725   char GVN::ID = 0;
726 }
727
728 // The public interface to this file...
729 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoLoads) {
730   return new GVN(NoLoads);
731 }
732
733 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
734 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
735 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceAnalysis)
736 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
737 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
738 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
739 INITIALIZE_PASS_END(GVN, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
740
741 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
742 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
743   errs() << "{\n";
744   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
745        E = d.end(); I != E; ++I) {
746       errs() << I->first << "\n";
747       I->second->dump();
748   }
749   errs() << "}\n";
750 }
751 #endif
752
753 /// Return true if we can prove that the value
754 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
755 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
756 /// map is actually a tri-state map with the following values:
757 ///   0) we know the block *is not* fully available.
758 ///   1) we know the block *is* fully available.
759 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
760 ///      currently speculating that it will be.
761 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
762 ///      other blocks.
763 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
764                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks,
765                             uint32_t RecurseDepth) {
766   if (RecurseDepth > MaxRecurseDepth)
767     return false;
768
769   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
770   // if we already know about this block in one lookup.
771   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
772     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
773
774   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
775   if (!IV.second) {
776     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
777     // speculation of other blocks.
778     if (IV.first->second == 2)
779       IV.first->second = 3;
780     return IV.first->second != 0;
781   }
782
783   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
784   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
785
786   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
787   if (PI == PE)
788     goto SpeculationFailure;
789
790   for (; PI != PE; ++PI)
791     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
792     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
793     // optimistic assumption and bail out.
794     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks,RecurseDepth+1))
795       goto SpeculationFailure;
796
797   return true;
798
799 // If we get here, we found out that this is not, after
800 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
801 // used the speculation to mark other blocks as available.
802 SpeculationFailure:
803   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
804
805   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
806   if (BBVal == 2) {
807     BBVal = 0;
808     return false;
809   }
810
811   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
812   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
813   // 0 if set to one.
814   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
815   BBWorklist.push_back(BB);
816
817   do {
818     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
819     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
820     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
821     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
822     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
823
824     // Mark as unavailable.
825     EntryVal = 0;
826
827     BBWorklist.append(succ_begin(Entry), succ_end(Entry));
828   } while (!BBWorklist.empty());
829
830   return false;
831 }
832
833
834 /// Return true if CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
835 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
836                                             Type *LoadTy,
837                                             const DataLayout &DL) {
838   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
839   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
840   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy() ||
841       StoredVal->getType()->isStructTy() ||
842       StoredVal->getType()->isArrayTy())
843     return false;
844
845   // The store has to be at least as big as the load.
846   if (DL.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
847         DL.getTypeSizeInBits(LoadTy))
848     return false;
849
850   return true;
851 }
852
853 /// If we saw a store of a value to memory, and
854 /// then a load from a must-aliased pointer of a different type, try to coerce
855 /// the stored value.  LoadedTy is the type of the load we want to replace.
856 /// IRB is IRBuilder used to insert new instructions.
857 ///
858 /// If we can't do it, return null.
859 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal, Type *LoadedTy,
860                                              IRBuilder<> &IRB,
861                                              const DataLayout &DL) {
862   if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, DL))
863     return nullptr;
864
865   // If this is already the right type, just return it.
866   Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
867
868   uint64_t StoreSize = DL.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
869   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
870
871   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
872   if (StoreSize == LoadSize) {
873     // Pointer to Pointer -> use bitcast.
874     if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy() &&
875         LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
876       return IRB.CreateBitCast(StoredVal, LoadedTy);
877
878     // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
879     if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
880       StoredValTy = DL.getIntPtrType(StoredValTy);
881       StoredVal = IRB.CreatePtrToInt(StoredVal, StoredValTy);
882     }
883
884     Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
885     if (TypeToCastTo->getScalarType()->isPointerTy())
886       TypeToCastTo = DL.getIntPtrType(TypeToCastTo);
887
888     if (StoredValTy != TypeToCastTo)
889       StoredVal = IRB.CreateBitCast(StoredVal, TypeToCastTo);
890
891     // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
892     if (LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
893       StoredVal = IRB.CreateIntToPtr(StoredVal, LoadedTy);
894
895     return StoredVal;
896   }
897
898   // If the loaded value is smaller than the available value, then we can
899   // extract out a piece from it.  If the available value is too small, then we
900   // can't do anything.
901   assert(StoreSize >= LoadSize && "CanCoerceMustAliasedValueToLoad fail");
902
903   // Convert source pointers to integers, which can be manipulated.
904   if (StoredValTy->getScalarType()->isPointerTy()) {
905     StoredValTy = DL.getIntPtrType(StoredValTy);
906     StoredVal = IRB.CreatePtrToInt(StoredVal, StoredValTy);
907   }
908
909   // Convert vectors and fp to integer, which can be manipulated.
910   if (!StoredValTy->isIntegerTy()) {
911     StoredValTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), StoreSize);
912     StoredVal = IRB.CreateBitCast(StoredVal, StoredValTy);
913   }
914
915   // If this is a big-endian system, we need to shift the value down to the low
916   // bits so that a truncate will work.
917   if (DL.isBigEndian()) {
918     StoredVal = IRB.CreateLShr(StoredVal, StoreSize - LoadSize, "tmp");
919   }
920
921   // Truncate the integer to the right size now.
922   Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadSize);
923   StoredVal  = IRB.CreateTrunc(StoredVal, NewIntTy, "trunc");
924
925   if (LoadedTy == NewIntTy)
926     return StoredVal;
927
928   // If the result is a pointer, inttoptr.
929   if (LoadedTy->getScalarType()->isPointerTy())
930     return IRB.CreateIntToPtr(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr");
931
932   // Otherwise, bitcast.
933   return IRB.CreateBitCast(StoredVal, LoadedTy, "bitcast");
934 }
935
936 /// This function is called when we have a
937 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
938 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
939 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
940 ///
941 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
942 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
943 /// value of the piece that feeds the load.
944 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
945                                           Value *WritePtr,
946                                           uint64_t WriteSizeInBits,
947                                           const DataLayout &DL) {
948   // If the loaded or stored value is a first class array or struct, don't try
949   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
950   if (LoadTy->isStructTy() || LoadTy->isArrayTy())
951     return -1;
952
953   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
954   Value *StoreBase =
955       GetPointerBaseWithConstantOffset(WritePtr, StoreOffset, DL);
956   Value *LoadBase = GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, DL);
957   if (StoreBase != LoadBase)
958     return -1;
959
960   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
961   // a must alias.  AA must have gotten confused.
962   // FIXME: Study to see if/when this happens.  One case is forwarding a memset
963   // to a load from the base of the memset.
964 #if 0
965   if (LoadOffset == StoreOffset) {
966     dbgs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
967     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
968     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
969     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
970     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
971     abort();
972   }
973 #endif
974
975   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
976   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
977   // must have gotten confused.
978   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadTy);
979
980   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
981     return -1;
982   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
983   LoadSize >>= 3;
984
985
986   bool isAAFailure = false;
987   if (StoreOffset < LoadOffset)
988     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
989   else
990     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
991
992   if (isAAFailure) {
993 #if 0
994     dbgs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
995     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
996     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
997     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
998     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
999     abort();
1000 #endif
1001     return -1;
1002   }
1003
1004   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
1005   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
1006   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
1007   // valuable.
1008   if (StoreOffset > LoadOffset ||
1009       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
1010     return -1;
1011
1012   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
1013   // store that the load is.
1014   return LoadOffset-StoreOffset;
1015 }
1016
1017 /// This function is called when we have a
1018 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
1019 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1020                                           StoreInst *DepSI) {
1021   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1022   if (DepSI->getValueOperand()->getType()->isStructTy() ||
1023       DepSI->getValueOperand()->getType()->isArrayTy())
1024     return -1;
1025
1026   const DataLayout &DL = DepSI->getModule()->getDataLayout();
1027   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
1028   uint64_t StoreSize =DL.getTypeSizeInBits(DepSI->getValueOperand()->getType());
1029   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1030                                         StorePtr, StoreSize, DL);
1031 }
1032
1033 /// This function is called when we have a
1034 /// memdep query of a load that ends up being clobbered by another load.  See if
1035 /// the other load can feed into the second load.
1036 static int AnalyzeLoadFromClobberingLoad(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1037                                          LoadInst *DepLI, const DataLayout &DL){
1038   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1039   if (DepLI->getType()->isStructTy() || DepLI->getType()->isArrayTy())
1040     return -1;
1041
1042   Value *DepPtr = DepLI->getPointerOperand();
1043   uint64_t DepSize = DL.getTypeSizeInBits(DepLI->getType());
1044   int R = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, DepSize, DL);
1045   if (R != -1) return R;
1046
1047   // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this load,
1048   // then we should widen it!
1049   int64_t LoadOffs = 0;
1050   const Value *LoadBase =
1051       GetPointerBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffs, DL);
1052   unsigned LoadSize = DL.getTypeStoreSize(LoadTy);
1053
1054   unsigned Size = MemoryDependenceAnalysis::getLoadLoadClobberFullWidthSize(
1055       LoadBase, LoadOffs, LoadSize, DepLI);
1056   if (Size == 0) return -1;
1057
1058   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, DepPtr, Size*8, DL);
1059 }
1060
1061
1062
1063 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1064                                             MemIntrinsic *MI,
1065                                             const DataLayout &DL) {
1066   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
1067   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1068   if (!SizeCst) return -1;
1069   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
1070
1071   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
1072   // of the memset..
1073   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
1074     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
1075                                           MemSizeInBits, DL);
1076
1077   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
1078   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
1079   // constant memory.
1080   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
1081
1082   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
1083   if (!Src) return -1;
1084
1085   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(GetUnderlyingObject(Src, DL));
1086   if (!GV || !GV->isConstant()) return -1;
1087
1088   // See if the access is within the bounds of the transfer.
1089   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1090                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, DL);
1091   if (Offset == -1)
1092     return Offset;
1093
1094   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1095   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1096   // offset applied as appropriate.
1097   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1098                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1099   Constant *OffsetCst =
1100     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1101   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Src->getContext()), Src,
1102                                        OffsetCst);
1103   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1104   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, DL))
1105     return Offset;
1106   return -1;
1107 }
1108
1109
1110 /// This function is called when we have a
1111 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
1112 /// that the store provides bits used by the load but we the pointers don't
1113 /// mustalias.  Check this case to see if there is anything more we can do
1114 /// before we give up.
1115 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
1116                                    Type *LoadTy,
1117                                    Instruction *InsertPt, const DataLayout &DL){
1118   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1119
1120   uint64_t StoreSize = (DL.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) + 7) / 8;
1121   uint64_t LoadSize = (DL.getTypeSizeInBits(LoadTy) + 7) / 8;
1122
1123   IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1124
1125   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1126   // to an integer type to start with.
1127   if (SrcVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1128     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal,
1129         DL.getIntPtrType(SrcVal->getType()));
1130   if (!SrcVal->getType()->isIntegerTy())
1131     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8));
1132
1133   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1134   unsigned ShiftAmt;
1135   if (DL.isLittleEndian())
1136     ShiftAmt = Offset*8;
1137   else
1138     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1139
1140   if (ShiftAmt)
1141     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt);
1142
1143   if (LoadSize != StoreSize)
1144     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1145
1146   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, Builder, DL);
1147 }
1148
1149 /// This function is called when we have a
1150 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering load.  This means
1151 /// that the load *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1152 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1153 /// anything more we can do before we give up.
1154 static Value *GetLoadValueForLoad(LoadInst *SrcVal, unsigned Offset,
1155                                   Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1156                                   GVN &gvn) {
1157   const DataLayout &DL = SrcVal->getModule()->getDataLayout();
1158   // If Offset+LoadTy exceeds the size of SrcVal, then we must be wanting to
1159   // widen SrcVal out to a larger load.
1160   unsigned SrcValSize = DL.getTypeStoreSize(SrcVal->getType());
1161   unsigned LoadSize = DL.getTypeStoreSize(LoadTy);
1162   if (Offset+LoadSize > SrcValSize) {
1163     assert(SrcVal->isSimple() && "Cannot widen volatile/atomic load!");
1164     assert(SrcVal->getType()->isIntegerTy() && "Can't widen non-integer load");
1165     // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this
1166     // load, then we should widen it to the next power of 2 size big enough!
1167     unsigned NewLoadSize = Offset+LoadSize;
1168     if (!isPowerOf2_32(NewLoadSize))
1169       NewLoadSize = NextPowerOf2(NewLoadSize);
1170
1171     Value *PtrVal = SrcVal->getPointerOperand();
1172
1173     // Insert the new load after the old load.  This ensures that subsequent
1174     // memdep queries will find the new load.  We can't easily remove the old
1175     // load completely because it is already in the value numbering table.
1176     IRBuilder<> Builder(SrcVal->getParent(), ++BasicBlock::iterator(SrcVal));
1177     Type *DestPTy =
1178       IntegerType::get(LoadTy->getContext(), NewLoadSize*8);
1179     DestPTy = PointerType::get(DestPTy,
1180                                PtrVal->getType()->getPointerAddressSpace());
1181     Builder.SetCurrentDebugLocation(SrcVal->getDebugLoc());
1182     PtrVal = Builder.CreateBitCast(PtrVal, DestPTy);
1183     LoadInst *NewLoad = Builder.CreateLoad(PtrVal);
1184     NewLoad->takeName(SrcVal);
1185     NewLoad->setAlignment(SrcVal->getAlignment());
1186
1187     DEBUG(dbgs() << "GVN WIDENED LOAD: " << *SrcVal << "\n");
1188     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *NewLoad << "\n");
1189
1190     // Replace uses of the original load with the wider load.  On a big endian
1191     // system, we need to shift down to get the relevant bits.
1192     Value *RV = NewLoad;
1193     if (DL.isBigEndian())
1194       RV = Builder.CreateLShr(RV,
1195                     NewLoadSize*8-SrcVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
1196     RV = Builder.CreateTrunc(RV, SrcVal->getType());
1197     SrcVal->replaceAllUsesWith(RV);
1198
1199     // We would like to use gvn.markInstructionForDeletion here, but we can't
1200     // because the load is already memoized into the leader map table that GVN
1201     // tracks.  It is potentially possible to remove the load from the table,
1202     // but then there all of the operations based on it would need to be
1203     // rehashed.  Just leave the dead load around.
1204     gvn.getMemDep().removeInstruction(SrcVal);
1205     SrcVal = NewLoad;
1206   }
1207
1208   return GetStoreValueForLoad(SrcVal, Offset, LoadTy, InsertPt, DL);
1209 }
1210
1211
1212 /// This function is called when we have a
1213 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1214 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1215                                      Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1216                                      const DataLayout &DL){
1217   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1218   uint64_t LoadSize = DL.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1219
1220   IRBuilder<> Builder(InsertPt);
1221
1222   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1223   // provides the bits for the load.
1224   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1225     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1226     // independently of what the offset is.
1227     Value *Val = MSI->getValue();
1228     if (LoadSize != 1)
1229       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1230
1231     Value *OneElt = Val;
1232
1233     // Splat the value out to the right number of bits.
1234     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1235       // If we can double the number of bytes set, do it.
1236       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1237         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1238         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1239         NumBytesSet <<= 1;
1240         continue;
1241       }
1242
1243       // Otherwise insert one byte at a time.
1244       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1245       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1246       ++NumBytesSet;
1247     }
1248
1249     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, Builder, DL);
1250   }
1251
1252   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1253   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1254   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1255   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1256
1257   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1258   // offset applied as appropriate.
1259   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1260                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1261   Constant *OffsetCst =
1262     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1263   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Type::getInt8Ty(Src->getContext()), Src,
1264                                        OffsetCst);
1265   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1266   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, DL);
1267 }
1268
1269
1270 /// Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1271 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1272 /// that should be used at LI's definition site.
1273 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
1274                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1275                                      GVN &gvn) {
1276   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
1277   // just use the dominating value directly.
1278   if (ValuesPerBlock.size() == 1 &&
1279       gvn.getDominatorTree().properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB,
1280                                                LI->getParent())) {
1281     assert(!ValuesPerBlock[0].isUndefValue() && "Dead BB dominate this block");
1282     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI, gvn);
1283   }
1284
1285   // Otherwise, we have to construct SSA form.
1286   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1287   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1288   SSAUpdate.Initialize(LI->getType(), LI->getName());
1289
1290   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1291     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1292     BasicBlock *BB = AV.BB;
1293
1294     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1295       continue;
1296
1297     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LI, gvn));
1298   }
1299
1300   // Perform PHI construction.
1301   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1302
1303   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1304   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) {
1305     AliasAnalysis *AA = gvn.getAliasAnalysis();
1306
1307     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
1308       AA->copyValue(LI, NewPHIs[i]);
1309
1310     // Now that we've copied information to the new PHIs, scan through
1311     // them again and inform alias analysis that we've added potentially
1312     // escaping uses to any values that are operands to these PHIs.
1313     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i) {
1314       PHINode *P = NewPHIs[i];
1315       for (unsigned ii = 0, ee = P->getNumIncomingValues(); ii != ee; ++ii) {
1316         unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
1317         AA->addEscapingUse(P->getOperandUse(jj));
1318       }
1319     }
1320   }
1321
1322   return V;
1323 }
1324
1325 Value *AvailableValueInBlock::MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI,
1326                                                        GVN &gvn) const {
1327   Value *Res;
1328   Type *LoadTy = LI->getType();
1329   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1330   if (isSimpleValue()) {
1331     Res = getSimpleValue();
1332     if (Res->getType() != LoadTy) {
1333       Res = GetStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(), DL);
1334
1335       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1336                    << *getSimpleValue() << '\n'
1337                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1338     }
1339   } else if (isCoercedLoadValue()) {
1340     LoadInst *Load = getCoercedLoadValue();
1341     if (Load->getType() == LoadTy && Offset == 0) {
1342       Res = Load;
1343     } else {
1344       Res = GetLoadValueForLoad(Load, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1345                                 gvn);
1346   
1347       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL LOAD:\nOffset: " << Offset << "  "
1348                    << *getCoercedLoadValue() << '\n'
1349                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1350     }
1351   } else if (isMemIntrinValue()) {
1352     Res = GetMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset, LoadTy,
1353                                  BB->getTerminator(), DL);
1354     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1355                  << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
1356                  << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1357   } else {
1358     assert(isUndefValue() && "Should be UndefVal");
1359     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL Undef:\n";);
1360     return UndefValue::get(LoadTy);
1361   }
1362   return Res;
1363 }
1364
1365 static bool isLifetimeStart(const Instruction *Inst) {
1366   if (const IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1367     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1368   return false;
1369 }
1370
1371 void GVN::AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps, 
1372                                   AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
1373                                   UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1374
1375   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1376   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1377   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1378   // that could potentially clobber the load).
1379   unsigned NumDeps = Deps.size();
1380   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1381   for (unsigned i = 0, e = NumDeps; i != e; ++i) {
1382     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1383     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1384
1385     if (DeadBlocks.count(DepBB)) {
1386       // Dead dependent mem-op disguise as a load evaluating the same value
1387       // as the load in question.
1388       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getUndef(DepBB));
1389       continue;
1390     }
1391
1392     if (!DepInfo.isDef() && !DepInfo.isClobber()) {
1393       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1394       continue;
1395     }
1396
1397     if (DepInfo.isClobber()) {
1398       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1399       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1400       // to consider the right address.
1401       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1402
1403       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1404       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1405       // stored value.
1406       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1407         if (Address) {
1408           int Offset =
1409               AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address, DepSI);
1410           if (Offset != -1) {
1411             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1412                                                        DepSI->getValueOperand(),
1413                                                                 Offset));
1414             continue;
1415           }
1416         }
1417       }
1418
1419       // Check to see if we have something like this:
1420       //    load i32* P
1421       //    load i8* (P+1)
1422       // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1423       if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInfo.getInst())) {
1424         // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1425         // we have the first instruction in the entry block.
1426         if (DepLI != LI && Address) {
1427           int Offset =
1428               AnalyzeLoadFromClobberingLoad(LI->getType(), Address, DepLI, DL);
1429
1430           if (Offset != -1) {
1431             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB,DepLI,
1432                                                                     Offset));
1433             continue;
1434           }
1435         }
1436       }
1437
1438       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1439       // forward a value on from it.
1440       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1441         if (Address) {
1442           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1443                                                         DepMI, DL);
1444           if (Offset != -1) {
1445             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1446                                                                   Offset));
1447             continue;
1448           }
1449         }
1450       }
1451
1452       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1453       continue;
1454     }
1455
1456     // DepInfo.isDef() here
1457
1458     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1459
1460     // Loading the allocation -> undef.
1461     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI) ||
1462         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1463         isLifetimeStart(DepInst)) {
1464       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1465                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1466       continue;
1467     }
1468
1469     // Loading from calloc (which zero initializes memory) -> zero
1470     if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1471       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(
1472           DepBB, Constant::getNullValue(LI->getType())));
1473       continue;
1474     }
1475
1476     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1477       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1478       // different types if we have to.
1479       if (S->getValueOperand()->getType() != LI->getType()) {
1480         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1481         // reuse it.
1482         if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getValueOperand(),
1483                                              LI->getType(), DL)) {
1484           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1485           continue;
1486         }
1487       }
1488
1489       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1490                                                          S->getValueOperand()));
1491       continue;
1492     }
1493
1494     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1495       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1496       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1497         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1498         // reuse it.
1499         if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(), DL)) {
1500           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1501           continue;
1502         }
1503       }
1504       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB, LD));
1505       continue;
1506     }
1507
1508     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1509   }
1510 }
1511
1512 bool GVN::PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock, 
1513                          UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1514   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1515   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1516   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1517   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1518   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1519   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1520   // the load, not inserting a new one).
1521
1522   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers;
1523   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1524     Blockers.insert(UnavailableBlocks[i]);
1525
1526   // Let's find the first basic block with more than one predecessor.  Walk
1527   // backwards through predecessors if needed.
1528   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1529   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1530
1531   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1532     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1533     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1534       return false;
1535     if (Blockers.count(TmpBB))
1536       return false;
1537
1538     // If any of these blocks has more than one successor (i.e. if the edge we
1539     // just traversed was critical), then there are other paths through this
1540     // block along which the load may not be anticipated.  Hoisting the load
1541     // above this block would be adding the load to execution paths along
1542     // which it was not previously executed.
1543     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1544       return false;
1545   }
1546
1547   assert(TmpBB);
1548   LoadBB = TmpBB;
1549
1550   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1551   // available.
1552   MapVector<BasicBlock *, Value *> PredLoads;
1553   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1554   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1555     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1556   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1557     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1558
1559   SmallVector<BasicBlock *, 4> CriticalEdgePred;
1560   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1561        PI != E; ++PI) {
1562     BasicBlock *Pred = *PI;
1563     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks, 0)) {
1564       continue;
1565     }
1566
1567     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1568       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1569         DEBUG(dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1570               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1571         return false;
1572       }
1573
1574       if (LoadBB->isLandingPad()) {
1575         DEBUG(dbgs()
1576               << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF LANDING PAD CRITICAL EDGE '"
1577               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1578         return false;
1579       }
1580
1581       CriticalEdgePred.push_back(Pred);
1582     } else {
1583       // Only add the predecessors that will not be split for now.
1584       PredLoads[Pred] = nullptr;
1585     }
1586   }
1587
1588   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1589   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size() + CriticalEdgePred.size();
1590   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1591          "Fully available value should already be eliminated!");
1592
1593   // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1594   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1595   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1596   // that one block.
1597   if (NumUnavailablePreds != 1)
1598       return false;
1599
1600   // Split critical edges, and update the unavailable predecessors accordingly.
1601   for (BasicBlock *OrigPred : CriticalEdgePred) {
1602     BasicBlock *NewPred = splitCriticalEdges(OrigPred, LoadBB);
1603     assert(!PredLoads.count(OrigPred) && "Split edges shouldn't be in map!");
1604     PredLoads[NewPred] = nullptr;
1605     DEBUG(dbgs() << "Split critical edge " << OrigPred->getName() << "->"
1606                  << LoadBB->getName() << '\n');
1607   }
1608
1609   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1610   bool CanDoPRE = true;
1611   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1612   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1613   for (auto &PredLoad : PredLoads) {
1614     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1615
1616     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1617     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1618
1619     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1620     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1621     // pointer if it is not available.
1622     PHITransAddr Address(LI->getPointerOperand(), DL, AC);
1623     Value *LoadPtr = nullptr;
1624     LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1625                                                 *DT, NewInsts);
1626
1627     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1628     // we fail PRE.
1629     if (!LoadPtr) {
1630       DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1631             << *LI->getPointerOperand() << "\n");
1632       CanDoPRE = false;
1633       break;
1634     }
1635
1636     PredLoad.second = LoadPtr;
1637   }
1638
1639   if (!CanDoPRE) {
1640     while (!NewInsts.empty()) {
1641       Instruction *I = NewInsts.pop_back_val();
1642       if (MD) MD->removeInstruction(I);
1643       I->eraseFromParent();
1644     }
1645     // HINT: Don't revert the edge-splitting as following transformation may
1646     // also need to split these critical edges.
1647     return !CriticalEdgePred.empty();
1648   }
1649
1650   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1651   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1652   // it.
1653   DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1654   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1655           dbgs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1656                  << *NewInsts.back() << '\n');
1657
1658   // Assign value numbers to the new instructions.
1659   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1660     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1661     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1662     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1663     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1664     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1665   }
1666
1667   for (const auto &PredLoad : PredLoads) {
1668     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1669     Value *LoadPtr = PredLoad.second;
1670
1671     Instruction *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1672                                         LI->getAlignment(),
1673                                         UnavailablePred->getTerminator());
1674
1675     // Transfer the old load's AA tags to the new load.
1676     AAMDNodes Tags;
1677     LI->getAAMetadata(Tags);
1678     if (Tags)
1679       NewLoad->setAAMetadata(Tags);
1680
1681     // Transfer DebugLoc.
1682     NewLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1683
1684     // Add the newly created load.
1685     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1686                                                         NewLoad));
1687     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1688     DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1689   }
1690
1691   // Perform PHI construction.
1692   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1693   LI->replaceAllUsesWith(V);
1694   if (isa<PHINode>(V))
1695     V->takeName(LI);
1696   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1697     I->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1698   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1699     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1700   markInstructionForDeletion(LI);
1701   ++NumPRELoad;
1702   return true;
1703 }
1704
1705 /// Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1706 /// non-local by performing PHI construction.
1707 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI) {
1708   // Step 1: Find the non-local dependencies of the load.
1709   LoadDepVect Deps;
1710   MD->getNonLocalPointerDependency(LI, Deps);
1711
1712   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1713   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1714   // it will be too expensive.
1715   unsigned NumDeps = Deps.size();
1716   if (NumDeps > 100)
1717     return false;
1718
1719   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1720   // clobber in the current block.  Reject this early.
1721   if (NumDeps == 1 &&
1722       !Deps[0].getResult().isDef() && !Deps[0].getResult().isClobber()) {
1723     DEBUG(
1724       dbgs() << "GVN: non-local load ";
1725       LI->printAsOperand(dbgs());
1726       dbgs() << " has unknown dependencies\n";
1727     );
1728     return false;
1729   }
1730
1731   // If this load follows a GEP, see if we can PRE the indices before analyzing.
1732   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0))) {
1733     for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEP->idx_begin(),
1734                                         OE = GEP->idx_end();
1735          OI != OE; ++OI)
1736       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OI->get()))
1737         performScalarPRE(I);
1738   }
1739
1740   // Step 2: Analyze the availability of the load
1741   AvailValInBlkVect ValuesPerBlock;
1742   UnavailBlkVect UnavailableBlocks;
1743   AnalyzeLoadAvailability(LI, Deps, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1744
1745   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1746   // early.
1747   if (ValuesPerBlock.empty())
1748     return false;
1749
1750   // Step 3: Eliminate fully redundancy.
1751   //
1752   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1753   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1754   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1755   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1756     DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1757
1758     // Perform PHI construction.
1759     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1760     LI->replaceAllUsesWith(V);
1761
1762     if (isa<PHINode>(V))
1763       V->takeName(LI);
1764     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1765       I->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1766     if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1767       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1768     markInstructionForDeletion(LI);
1769     ++NumGVNLoad;
1770     return true;
1771   }
1772
1773   // Step 4: Eliminate partial redundancy.
1774   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1775     return false;
1776
1777   return PerformLoadPRE(LI, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1778 }
1779
1780
1781 static void patchReplacementInstruction(Instruction *I, Value *Repl) {
1782   // Patch the replacement so that it is not more restrictive than the value
1783   // being replaced.
1784   BinaryOperator *Op = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
1785   BinaryOperator *ReplOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Repl);
1786   if (Op && ReplOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(Op) &&
1787       isa<OverflowingBinaryOperator>(ReplOp)) {
1788     if (ReplOp->hasNoSignedWrap() && !Op->hasNoSignedWrap())
1789       ReplOp->setHasNoSignedWrap(false);
1790     if (ReplOp->hasNoUnsignedWrap() && !Op->hasNoUnsignedWrap())
1791       ReplOp->setHasNoUnsignedWrap(false);
1792   }
1793   if (Instruction *ReplInst = dyn_cast<Instruction>(Repl)) {
1794     // FIXME: If both the original and replacement value are part of the
1795     // same control-flow region (meaning that the execution of one
1796     // guarentees the executation of the other), then we can combine the
1797     // noalias scopes here and do better than the general conservative
1798     // answer used in combineMetadata().
1799
1800     // In general, GVN unifies expressions over different control-flow
1801     // regions, and so we need a conservative combination of the noalias
1802     // scopes.
1803     unsigned KnownIDs[] = {
1804       LLVMContext::MD_tbaa,
1805       LLVMContext::MD_alias_scope,
1806       LLVMContext::MD_noalias,
1807       LLVMContext::MD_range,
1808       LLVMContext::MD_fpmath,
1809       LLVMContext::MD_invariant_load,
1810     };
1811     combineMetadata(ReplInst, I, KnownIDs);
1812   }
1813 }
1814
1815 static void patchAndReplaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *Repl) {
1816   patchReplacementInstruction(I, Repl);
1817   I->replaceAllUsesWith(Repl);
1818 }
1819
1820 /// Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1821 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1822 bool GVN::processLoad(LoadInst *L) {
1823   if (!MD)
1824     return false;
1825
1826   if (!L->isSimple())
1827     return false;
1828
1829   if (L->use_empty()) {
1830     markInstructionForDeletion(L);
1831     return true;
1832   }
1833
1834   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1835   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1836   const DataLayout &DL = L->getModule()->getDataLayout();
1837
1838   // If we have a clobber and target data is around, see if this is a clobber
1839   // that we can fix up through code synthesis.
1840   if (Dep.isClobber()) {
1841     // Check to see if we have something like this:
1842     //   store i32 123, i32* %P
1843     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1844     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1845     //   %C = load i8* %B
1846     //
1847     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1848     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1849     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1850     // access code.
1851     Value *AvailVal = nullptr;
1852     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst())) {
1853       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(
1854           L->getType(), L->getPointerOperand(), DepSI);
1855       if (Offset != -1)
1856         AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getValueOperand(), Offset,
1857                                         L->getType(), L, DL);
1858     }
1859
1860     // Check to see if we have something like this:
1861     //    load i32* P
1862     //    load i8* (P+1)
1863     // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1864     if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(Dep.getInst())) {
1865       // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1866       // we have the first instruction in the entry block.
1867       if (DepLI == L)
1868         return false;
1869
1870       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(
1871           L->getType(), L->getPointerOperand(), DepLI, DL);
1872       if (Offset != -1)
1873         AvailVal = GetLoadValueForLoad(DepLI, Offset, L->getType(), L, *this);
1874     }
1875
1876     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1877     // a value on from it.
1878     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1879       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(
1880           L->getType(), L->getPointerOperand(), DepMI, DL);
1881       if (Offset != -1)
1882         AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L, DL);
1883     }
1884
1885     if (AvailVal) {
1886       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1887             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1888
1889       // Replace the load!
1890       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1891       if (AvailVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1892         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1893       markInstructionForDeletion(L);
1894       ++NumGVNLoad;
1895       return true;
1896     }
1897   }
1898
1899   // If the value isn't available, don't do anything!
1900   if (Dep.isClobber()) {
1901     DEBUG(
1902       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1903       dbgs() << "GVN: load ";
1904       L->printAsOperand(dbgs());
1905       Instruction *I = Dep.getInst();
1906       dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1907     );
1908     return false;
1909   }
1910
1911   // If it is defined in another block, try harder.
1912   if (Dep.isNonLocal())
1913     return processNonLocalLoad(L);
1914
1915   if (!Dep.isDef()) {
1916     DEBUG(
1917       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1918       dbgs() << "GVN: load ";
1919       L->printAsOperand(dbgs());
1920       dbgs() << " has unknown dependence\n";
1921     );
1922     return false;
1923   }
1924
1925   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1926   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1927     Value *StoredVal = DepSI->getValueOperand();
1928
1929     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1930     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1931     // value (depending on its type).
1932     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1933       IRBuilder<> Builder(L);
1934       StoredVal =
1935           CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(), Builder, DL);
1936       if (!StoredVal)
1937         return false;
1938
1939       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1940                    << '\n' << *L << "\n\n\n");
1941     }
1942
1943     // Remove it!
1944     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1945     if (StoredVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1946       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1947     markInstructionForDeletion(L);
1948     ++NumGVNLoad;
1949     return true;
1950   }
1951
1952   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1953     Value *AvailableVal = DepLI;
1954
1955     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1956     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1957     // (depending on its type).
1958     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1959       IRBuilder<> Builder(L);
1960       AvailableVal =
1961           CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(), Builder, DL);
1962       if (!AvailableVal)
1963         return false;
1964
1965       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1966                    << "\n" << *L << "\n\n\n");
1967     }
1968
1969     // Remove it!
1970     patchAndReplaceAllUsesWith(L, AvailableVal);
1971     if (DepLI->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1972       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1973     markInstructionForDeletion(L);
1974     ++NumGVNLoad;
1975     return true;
1976   }
1977
1978   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1979   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1980   // intervening stores, for example.
1981   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1982     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1983     markInstructionForDeletion(L);
1984     ++NumGVNLoad;
1985     return true;
1986   }
1987
1988   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1989   // then the loaded value is undefined.
1990   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1991     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1992       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1993       markInstructionForDeletion(L);
1994       ++NumGVNLoad;
1995       return true;
1996     }
1997   }
1998
1999   // If this load follows a calloc (which zero initializes memory),
2000   // then the loaded value is zero
2001   if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
2002     L->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(L->getType()));
2003     markInstructionForDeletion(L);
2004     ++NumGVNLoad;
2005     return true;
2006   }
2007
2008   return false;
2009 }
2010
2011 // In order to find a leader for a given value number at a
2012 // specific basic block, we first obtain the list of all Values for that number,
2013 // and then scan the list to find one whose block dominates the block in
2014 // question.  This is fast because dominator tree queries consist of only
2015 // a few comparisons of DFS numbers.
2016 Value *GVN::findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num) {
2017   LeaderTableEntry Vals = LeaderTable[num];
2018   if (!Vals.Val) return nullptr;
2019
2020   Value *Val = nullptr;
2021   if (DT->dominates(Vals.BB, BB)) {
2022     Val = Vals.Val;
2023     if (isa<Constant>(Val)) return Val;
2024   }
2025
2026   LeaderTableEntry* Next = Vals.Next;
2027   while (Next) {
2028     if (DT->dominates(Next->BB, BB)) {
2029       if (isa<Constant>(Next->Val)) return Next->Val;
2030       if (!Val) Val = Next->Val;
2031     }
2032
2033     Next = Next->Next;
2034   }
2035
2036   return Val;
2037 }
2038
2039 /// There is an edge from 'Src' to 'Dst'.  Return
2040 /// true if every path from the entry block to 'Dst' passes via this edge.  In
2041 /// particular 'Dst' must not be reachable via another edge from 'Src'.
2042 static bool isOnlyReachableViaThisEdge(const BasicBlockEdge &E,
2043                                        DominatorTree *DT) {
2044   // While in theory it is interesting to consider the case in which Dst has
2045   // more than one predecessor, because Dst might be part of a loop which is
2046   // only reachable from Src, in practice it is pointless since at the time
2047   // GVN runs all such loops have preheaders, which means that Dst will have
2048   // been changed to have only one predecessor, namely Src.
2049   const BasicBlock *Pred = E.getEnd()->getSinglePredecessor();
2050   const BasicBlock *Src = E.getStart();
2051   assert((!Pred || Pred == Src) && "No edge between these basic blocks!");
2052   (void)Src;
2053   return Pred != nullptr;
2054 }
2055
2056 /// The given values are known to be equal in every block
2057 /// dominated by 'Root'.  Exploit this, for example by replacing 'LHS' with
2058 /// 'RHS' everywhere in the scope.  Returns whether a change was made.
2059 bool GVN::propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS,
2060                             const BasicBlockEdge &Root) {
2061   SmallVector<std::pair<Value*, Value*>, 4> Worklist;
2062   Worklist.push_back(std::make_pair(LHS, RHS));
2063   bool Changed = false;
2064   // For speed, compute a conservative fast approximation to
2065   // DT->dominates(Root, Root.getEnd());
2066   bool RootDominatesEnd = isOnlyReachableViaThisEdge(Root, DT);
2067
2068   while (!Worklist.empty()) {
2069     std::pair<Value*, Value*> Item = Worklist.pop_back_val();
2070     LHS = Item.first; RHS = Item.second;
2071
2072     if (LHS == RHS) continue;
2073     assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "Equality but unequal types!");
2074
2075     // Don't try to propagate equalities between constants.
2076     if (isa<Constant>(LHS) && isa<Constant>(RHS)) continue;
2077
2078     // Prefer a constant on the right-hand side, or an Argument if no constants.
2079     if (isa<Constant>(LHS) || (isa<Argument>(LHS) && !isa<Constant>(RHS)))
2080       std::swap(LHS, RHS);
2081     assert((isa<Argument>(LHS) || isa<Instruction>(LHS)) && "Unexpected value!");
2082
2083     // If there is no obvious reason to prefer the left-hand side over the
2084     // right-hand side, ensure the longest lived term is on the right-hand side,
2085     // so the shortest lived term will be replaced by the longest lived.
2086     // This tends to expose more simplifications.
2087     uint32_t LVN = VN.lookup_or_add(LHS);
2088     if ((isa<Argument>(LHS) && isa<Argument>(RHS)) ||
2089         (isa<Instruction>(LHS) && isa<Instruction>(RHS))) {
2090       // Move the 'oldest' value to the right-hand side, using the value number
2091       // as a proxy for age.
2092       uint32_t RVN = VN.lookup_or_add(RHS);
2093       if (LVN < RVN) {
2094         std::swap(LHS, RHS);
2095         LVN = RVN;
2096       }
2097     }
2098
2099     // If value numbering later sees that an instruction in the scope is equal
2100     // to 'LHS' then ensure it will be turned into 'RHS'.  In order to preserve
2101     // the invariant that instructions only occur in the leader table for their
2102     // own value number (this is used by removeFromLeaderTable), do not do this
2103     // if RHS is an instruction (if an instruction in the scope is morphed into
2104     // LHS then it will be turned into RHS by the next GVN iteration anyway, so
2105     // using the leader table is about compiling faster, not optimizing better).
2106     // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2107     // have the simple case where the edge dominates the end.
2108     if (RootDominatesEnd && !isa<Instruction>(RHS))
2109       addToLeaderTable(LVN, RHS, Root.getEnd());
2110
2111     // Replace all occurrences of 'LHS' with 'RHS' everywhere in the scope.  As
2112     // LHS always has at least one use that is not dominated by Root, this will
2113     // never do anything if LHS has only one use.
2114     if (!LHS->hasOneUse()) {
2115       unsigned NumReplacements = replaceDominatedUsesWith(LHS, RHS, *DT, Root);
2116       Changed |= NumReplacements > 0;
2117       NumGVNEqProp += NumReplacements;
2118     }
2119
2120     // Now try to deduce additional equalities from this one. For example, if
2121     // the known equality was "(A != B)" == "false" then it follows that A and B
2122     // are equal in the scope. Only boolean equalities with an explicit true or
2123     // false RHS are currently supported.
2124     if (!RHS->getType()->isIntegerTy(1))
2125       // Not a boolean equality - bail out.
2126       continue;
2127     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2128     if (!CI)
2129       // RHS neither 'true' nor 'false' - bail out.
2130       continue;
2131     // Whether RHS equals 'true'.  Otherwise it equals 'false'.
2132     bool isKnownTrue = CI->isAllOnesValue();
2133     bool isKnownFalse = !isKnownTrue;
2134
2135     // If "A && B" is known true then both A and B are known true.  If "A || B"
2136     // is known false then both A and B are known false.
2137     Value *A, *B;
2138     if ((isKnownTrue && match(LHS, m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) ||
2139         (isKnownFalse && match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))))) {
2140       Worklist.push_back(std::make_pair(A, RHS));
2141       Worklist.push_back(std::make_pair(B, RHS));
2142       continue;
2143     }
2144
2145     // If we are propagating an equality like "(A == B)" == "true" then also
2146     // propagate the equality A == B.  When propagating a comparison such as
2147     // "(A >= B)" == "true", replace all instances of "A < B" with "false".
2148     if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(LHS)) {
2149       Value *Op0 = Cmp->getOperand(0), *Op1 = Cmp->getOperand(1);
2150
2151       // If "A == B" is known true, or "A != B" is known false, then replace
2152       // A with B everywhere in the scope.
2153       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ) ||
2154           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE))
2155         Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
2156
2157       // Handle the floating point versions of equality comparisons too.
2158       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::FCMP_OEQ) ||
2159           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::FCMP_UNE)) {
2160
2161         // Floating point -0.0 and 0.0 compare equal, so we can only
2162         // propagate values if we know that we have a constant and that
2163         // its value is non-zero.
2164         
2165         // FIXME: We should do this optimization if 'no signed zeros' is
2166         // applicable via an instruction-level fast-math-flag or some other
2167         // indicator that relaxed FP semantics are being used.
2168
2169         if (isa<ConstantFP>(Op1) && !cast<ConstantFP>(Op1)->isZero())
2170           Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
2171       }
2172  
2173       // If "A >= B" is known true, replace "A < B" with false everywhere.
2174       CmpInst::Predicate NotPred = Cmp->getInversePredicate();
2175       Constant *NotVal = ConstantInt::get(Cmp->getType(), isKnownFalse);
2176       // Since we don't have the instruction "A < B" immediately to hand, work
2177       // out the value number that it would have and use that to find an
2178       // appropriate instruction (if any).
2179       uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2180       uint32_t Num = VN.lookup_or_add_cmp(Cmp->getOpcode(), NotPred, Op0, Op1);
2181       // If the number we were assigned was brand new then there is no point in
2182       // looking for an instruction realizing it: there cannot be one!
2183       if (Num < NextNum) {
2184         Value *NotCmp = findLeader(Root.getEnd(), Num);
2185         if (NotCmp && isa<Instruction>(NotCmp)) {
2186           unsigned NumReplacements =
2187             replaceDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, *DT, Root);
2188           Changed |= NumReplacements > 0;
2189           NumGVNEqProp += NumReplacements;
2190         }
2191       }
2192       // Ensure that any instruction in scope that gets the "A < B" value number
2193       // is replaced with false.
2194       // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2195       // have the simple case where the edge dominates the end.
2196       if (RootDominatesEnd)
2197         addToLeaderTable(Num, NotVal, Root.getEnd());
2198
2199       continue;
2200     }
2201   }
2202
2203   return Changed;
2204 }
2205
2206 /// When calculating availability, handle an instruction
2207 /// by inserting it into the appropriate sets
2208 bool GVN::processInstruction(Instruction *I) {
2209   // Ignore dbg info intrinsics.
2210   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2211     return false;
2212
2213   // If the instruction can be easily simplified then do so now in preference
2214   // to value numbering it.  Value numbering often exposes redundancies, for
2215   // example if it determines that %y is equal to %x then the instruction
2216   // "%z = and i32 %x, %y" becomes "%z = and i32 %x, %x" which we now simplify.
2217   const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
2218   if (Value *V = SimplifyInstruction(I, DL, TLI, DT, AC)) {
2219     I->replaceAllUsesWith(V);
2220     if (MD && V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2221       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
2222     markInstructionForDeletion(I);
2223     ++NumGVNSimpl;
2224     return true;
2225   }
2226
2227   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
2228     if (processLoad(LI))
2229       return true;
2230
2231     unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
2232     addToLeaderTable(Num, LI, LI->getParent());
2233     return false;
2234   }
2235
2236   // For conditional branches, we can perform simple conditional propagation on
2237   // the condition value itself.
2238   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
2239     if (!BI->isConditional())
2240       return false;
2241
2242     if (isa<Constant>(BI->getCondition()))
2243       return processFoldableCondBr(BI);
2244
2245     Value *BranchCond = BI->getCondition();
2246     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
2247     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
2248     // Avoid multiple edges early.
2249     if (TrueSucc == FalseSucc)
2250       return false;
2251
2252     BasicBlock *Parent = BI->getParent();
2253     bool Changed = false;
2254
2255     Value *TrueVal = ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
2256     BasicBlockEdge TrueE(Parent, TrueSucc);
2257     Changed |= propagateEquality(BranchCond, TrueVal, TrueE);
2258
2259     Value *FalseVal = ConstantInt::getFalse(FalseSucc->getContext());
2260     BasicBlockEdge FalseE(Parent, FalseSucc);
2261     Changed |= propagateEquality(BranchCond, FalseVal, FalseE);
2262
2263     return Changed;
2264   }
2265
2266   // For switches, propagate the case values into the case destinations.
2267   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(I)) {
2268     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
2269     BasicBlock *Parent = SI->getParent();
2270     bool Changed = false;
2271
2272     // Remember how many outgoing edges there are to every successor.
2273     SmallDenseMap<BasicBlock *, unsigned, 16> SwitchEdges;
2274     for (unsigned i = 0, n = SI->getNumSuccessors(); i != n; ++i)
2275       ++SwitchEdges[SI->getSuccessor(i)];
2276
2277     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2278          i != e; ++i) {
2279       BasicBlock *Dst = i.getCaseSuccessor();
2280       // If there is only a single edge, propagate the case value into it.
2281       if (SwitchEdges.lookup(Dst) == 1) {
2282         BasicBlockEdge E(Parent, Dst);
2283         Changed |= propagateEquality(SwitchCond, i.getCaseValue(), E);
2284       }
2285     }
2286     return Changed;
2287   }
2288
2289   // Instructions with void type don't return a value, so there's
2290   // no point in trying to find redundancies in them.
2291   if (I->getType()->isVoidTy()) return false;
2292
2293   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2294   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
2295
2296   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
2297   // by fast failing them.
2298   if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I) || isa<PHINode>(I)) {
2299     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2300     return false;
2301   }
2302
2303   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
2304   // need to do a lookup to see if the number already exists
2305   // somewhere in the domtree: it can't!
2306   if (Num >= NextNum) {
2307     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2308     return false;
2309   }
2310
2311   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
2312   // dominators.
2313   Value *repl = findLeader(I->getParent(), Num);
2314   if (!repl) {
2315     // Failure, just remember this instance for future use.
2316     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2317     return false;
2318   }
2319
2320   // Remove it!
2321   patchAndReplaceAllUsesWith(I, repl);
2322   if (MD && repl->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2323     MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
2324   markInstructionForDeletion(I);
2325   return true;
2326 }
2327
2328 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
2329 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
2330   if (skipOptnoneFunction(F))
2331     return false;
2332
2333   if (!NoLoads)
2334     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
2335   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
2336   AC = &getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
2337   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
2338   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
2339   VN.setMemDep(MD);
2340   VN.setDomTree(DT);
2341
2342   bool Changed = false;
2343   bool ShouldContinue = true;
2344
2345   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2346   // optimization opportunities.
2347   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2348     BasicBlock *BB = FI++;
2349
2350     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(
2351         BB, DT, /* LoopInfo */ nullptr, VN.getAliasAnalysis(), MD);
2352     if (removedBlock) ++NumGVNBlocks;
2353
2354     Changed |= removedBlock;
2355   }
2356
2357   unsigned Iteration = 0;
2358   while (ShouldContinue) {
2359     DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2360     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2361     Changed |= ShouldContinue;
2362     ++Iteration;
2363   }
2364
2365   if (EnablePRE) {
2366     // Fabricate val-num for dead-code in order to suppress assertion in
2367     // performPRE().
2368     assignValNumForDeadCode();
2369     bool PREChanged = true;
2370     while (PREChanged) {
2371       PREChanged = performPRE(F);
2372       Changed |= PREChanged;
2373     }
2374   }
2375
2376   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2377   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2378   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2379   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2380
2381   cleanupGlobalSets();
2382   // Do not cleanup DeadBlocks in cleanupGlobalSets() as it's called for each
2383   // iteration. 
2384   DeadBlocks.clear();
2385
2386   return Changed;
2387 }
2388
2389
2390 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2391   // FIXME: Kill off InstrsToErase by doing erasing eagerly in a helper function
2392   // (and incrementing BI before processing an instruction).
2393   assert(InstrsToErase.empty() &&
2394          "We expect InstrsToErase to be empty across iterations");
2395   if (DeadBlocks.count(BB))
2396     return false;
2397
2398   bool ChangedFunction = false;
2399
2400   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2401        BI != BE;) {
2402     ChangedFunction |= processInstruction(BI);
2403     if (InstrsToErase.empty()) {
2404       ++BI;
2405       continue;
2406     }
2407
2408     // If we need some instructions deleted, do it now.
2409     NumGVNInstr += InstrsToErase.size();
2410
2411     // Avoid iterator invalidation.
2412     bool AtStart = BI == BB->begin();
2413     if (!AtStart)
2414       --BI;
2415
2416     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::iterator I = InstrsToErase.begin(),
2417          E = InstrsToErase.end(); I != E; ++I) {
2418       DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2419       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2420       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2421       (*I)->eraseFromParent();
2422     }
2423     InstrsToErase.clear();
2424
2425     if (AtStart)
2426       BI = BB->begin();
2427     else
2428       ++BI;
2429   }
2430
2431   return ChangedFunction;
2432 }
2433
2434 // Instantiate an expression in a predecessor that lacked it.
2435 bool GVN::performScalarPREInsertion(Instruction *Instr, BasicBlock *Pred,
2436                                     unsigned int ValNo) {
2437   // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2438   // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2439   // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2440   // in this loop.
2441   bool success = true;
2442   for (unsigned i = 0, e = Instr->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2443     Value *Op = Instr->getOperand(i);
2444     if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2445       continue;
2446
2447     if (Value *V = findLeader(Pred, VN.lookup(Op))) {
2448       Instr->setOperand(i, V);
2449     } else {
2450       success = false;
2451       break;
2452     }
2453   }
2454
2455   // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2456   // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2457   // are not value numbered precisely.
2458   if (!success)
2459     return false;
2460
2461   Instr->insertBefore(Pred->getTerminator());
2462   Instr->setName(Instr->getName() + ".pre");
2463   Instr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
2464   VN.add(Instr, ValNo);
2465
2466   // Update the availability map to include the new instruction.
2467   addToLeaderTable(ValNo, Instr, Pred);
2468   return true;
2469 }
2470
2471 bool GVN::performScalarPRE(Instruction *CurInst) {
2472   SmallVector<std::pair<Value*, BasicBlock*>, 8> predMap;
2473
2474   if (isa<AllocaInst>(CurInst) || isa<TerminatorInst>(CurInst) ||
2475       isa<PHINode>(CurInst) || CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2476       CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2477       isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2478     return false;
2479
2480   // Don't do PRE on compares. The PHI would prevent CodeGenPrepare from
2481   // sinking the compare again, and it would force the code generator to
2482   // move the i1 from processor flags or predicate registers into a general
2483   // purpose register.
2484   if (isa<CmpInst>(CurInst))
2485     return false;
2486
2487   // We don't currently value number ANY inline asm calls.
2488   if (CallInst *CallI = dyn_cast<CallInst>(CurInst))
2489     if (CallI->isInlineAsm())
2490       return false;
2491
2492   uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2493
2494   // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2495   // only trying to solve the basic diamond case, where
2496   // a value is computed in the successor and one predecessor,
2497   // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2498   // where the successor is its own predecessor, because they're
2499   // more complicated to get right.
2500   unsigned NumWith = 0;
2501   unsigned NumWithout = 0;
2502   BasicBlock *PREPred = nullptr;
2503   BasicBlock *CurrentBlock = CurInst->getParent();
2504   predMap.clear();
2505
2506   for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock), PE = pred_end(CurrentBlock);
2507        PI != PE; ++PI) {
2508     BasicBlock *P = *PI;
2509     // We're not interested in PRE where the block is its
2510     // own predecessor, or in blocks with predecessors
2511     // that are not reachable.
2512     if (P == CurrentBlock) {
2513       NumWithout = 2;
2514       break;
2515     } else if (!DT->isReachableFromEntry(P)) {
2516       NumWithout = 2;
2517       break;
2518     }
2519
2520     Value *predV = findLeader(P, ValNo);
2521     if (!predV) {
2522       predMap.push_back(std::make_pair(static_cast<Value *>(nullptr), P));
2523       PREPred = P;
2524       ++NumWithout;
2525     } else if (predV == CurInst) {
2526       /* CurInst dominates this predecessor. */
2527       NumWithout = 2;
2528       break;
2529     } else {
2530       predMap.push_back(std::make_pair(predV, P));
2531       ++NumWith;
2532     }
2533   }
2534
2535   // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2536   // we would need to insert instructions in more than one pred.
2537   if (NumWithout > 1 || NumWith == 0)
2538     return false;
2539
2540   // We may have a case where all predecessors have the instruction,
2541   // and we just need to insert a phi node. Otherwise, perform
2542   // insertion.
2543   Instruction *PREInstr = nullptr;
2544
2545   if (NumWithout != 0) {
2546     // Don't do PRE across indirect branch.
2547     if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2548       return false;
2549
2550     // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2551     // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2552     // on the function.
2553     unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2554     if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2555       toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2556       return false;
2557     }
2558     // We need to insert somewhere, so let's give it a shot
2559     PREInstr = CurInst->clone();
2560     if (!performScalarPREInsertion(PREInstr, PREPred, ValNo)) {
2561       // If we failed insertion, make sure we remove the instruction.
2562       DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2563       delete PREInstr;
2564       return false;
2565     }
2566   }
2567
2568   // Either we should have filled in the PRE instruction, or we should
2569   // not have needed insertions.
2570   assert (PREInstr != nullptr || NumWithout == 0);
2571
2572   ++NumGVNPRE;
2573
2574   // Create a PHI to make the value available in this block.
2575   PHINode *Phi =
2576       PHINode::Create(CurInst->getType(), predMap.size(),
2577                       CurInst->getName() + ".pre-phi", CurrentBlock->begin());
2578   for (unsigned i = 0, e = predMap.size(); i != e; ++i) {
2579     if (Value *V = predMap[i].first)
2580       Phi->addIncoming(V, predMap[i].second);
2581     else
2582       Phi->addIncoming(PREInstr, PREPred);
2583   }
2584
2585   VN.add(Phi, ValNo);
2586   addToLeaderTable(ValNo, Phi, CurrentBlock);
2587   Phi->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2588   CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2589   if (Phi->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) {
2590     // Because we have added a PHI-use of the pointer value, it has now
2591     // "escaped" from alias analysis' perspective.  We need to inform
2592     // AA of this.
2593     for (unsigned ii = 0, ee = Phi->getNumIncomingValues(); ii != ee; ++ii) {
2594       unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
2595       VN.getAliasAnalysis()->addEscapingUse(Phi->getOperandUse(jj));
2596     }
2597
2598     if (MD)
2599       MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2600   }
2601   VN.erase(CurInst);
2602   removeFromLeaderTable(ValNo, CurInst, CurrentBlock);
2603
2604   DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2605   if (MD)
2606     MD->removeInstruction(CurInst);
2607   DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2608   CurInst->eraseFromParent();
2609   ++NumGVNInstr;
2610   
2611   return true;
2612 }
2613
2614 /// Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2615 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2616 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2617   bool Changed = false;
2618   for (BasicBlock *CurrentBlock : depth_first(&F.getEntryBlock())) {
2619     // Nothing to PRE in the entry block.
2620     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock())
2621       continue;
2622
2623     // Don't perform PRE on a landing pad.
2624     if (CurrentBlock->isLandingPad())
2625       continue;
2626
2627     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2628                               BE = CurrentBlock->end();
2629          BI != BE;) {
2630       Instruction *CurInst = BI++;
2631       Changed = performScalarPRE(CurInst);
2632     }
2633   }
2634
2635   if (splitCriticalEdges())
2636     Changed = true;
2637
2638   return Changed;
2639 }
2640
2641 /// Split the critical edge connecting the given two blocks, and return
2642 /// the block inserted to the critical edge.
2643 BasicBlock *GVN::splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ) {
2644   BasicBlock *BB = SplitCriticalEdge(
2645       Pred, Succ, CriticalEdgeSplittingOptions(getAliasAnalysis(), DT));
2646   if (MD)
2647     MD->invalidateCachedPredecessors();
2648   return BB;
2649 }
2650
2651 /// Split critical edges found during the previous
2652 /// iteration that may enable further optimization.
2653 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2654   if (toSplit.empty())
2655     return false;
2656   do {
2657     std::pair<TerminatorInst*, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2658     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second,
2659                       CriticalEdgeSplittingOptions(getAliasAnalysis(), DT));
2660   } while (!toSplit.empty());
2661   if (MD) MD->invalidateCachedPredecessors();
2662   return true;
2663 }
2664
2665 /// Executes one iteration of GVN
2666 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2667   cleanupGlobalSets();
2668
2669   // Top-down walk of the dominator tree
2670   bool Changed = false;
2671   // Save the blocks this function have before transformation begins. GVN may
2672   // split critical edge, and hence may invalidate the RPO/DT iterator.
2673   //
2674   std::vector<BasicBlock *> BBVect;
2675   BBVect.reserve(256);
2676   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2677   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
2678   for (ReversePostOrderTraversal<Function *>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2679                                                            RE = RPOT.end();
2680        RI != RE; ++RI)
2681     BBVect.push_back(*RI);
2682
2683   for (std::vector<BasicBlock *>::iterator I = BBVect.begin(), E = BBVect.end();
2684        I != E; I++)
2685     Changed |= processBlock(*I);
2686
2687   return Changed;
2688 }
2689
2690 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2691   VN.clear();
2692   LeaderTable.clear();
2693   TableAllocator.Reset();
2694 }
2695
2696 /// Verify that the specified instruction does not occur in our
2697 /// internal data structures.
2698 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2699   VN.verifyRemoved(Inst);
2700
2701   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2702   // ferreted away in it.
2703   for (DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry>::const_iterator
2704        I = LeaderTable.begin(), E = LeaderTable.end(); I != E; ++I) {
2705     const LeaderTableEntry *Node = &I->second;
2706     assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2707
2708     while (Node->Next) {
2709       Node = Node->Next;
2710       assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2711     }
2712   }
2713 }
2714
2715 /// BB is declared dead, which implied other blocks become dead as well. This
2716 /// function is to add all these blocks to "DeadBlocks". For the dead blocks'
2717 /// live successors, update their phi nodes by replacing the operands
2718 /// corresponding to dead blocks with UndefVal.
2719 void GVN::addDeadBlock(BasicBlock *BB) {
2720   SmallVector<BasicBlock *, 4> NewDead;
2721   SmallSetVector<BasicBlock *, 4> DF;
2722
2723   NewDead.push_back(BB);
2724   while (!NewDead.empty()) {
2725     BasicBlock *D = NewDead.pop_back_val();
2726     if (DeadBlocks.count(D))
2727       continue;
2728
2729     // All blocks dominated by D are dead.
2730     SmallVector<BasicBlock *, 8> Dom;
2731     DT->getDescendants(D, Dom);
2732     DeadBlocks.insert(Dom.begin(), Dom.end());
2733     
2734     // Figure out the dominance-frontier(D).
2735     for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = Dom.begin(),
2736            E = Dom.end(); I != E; I++) {
2737       BasicBlock *B = *I;
2738       for (succ_iterator SI = succ_begin(B), SE = succ_end(B); SI != SE; SI++) {
2739         BasicBlock *S = *SI;
2740         if (DeadBlocks.count(S))
2741           continue;
2742
2743         bool AllPredDead = true;
2744         for (pred_iterator PI = pred_begin(S), PE = pred_end(S); PI != PE; PI++)
2745           if (!DeadBlocks.count(*PI)) {
2746             AllPredDead = false;
2747             break;
2748           }
2749
2750         if (!AllPredDead) {
2751           // S could be proved dead later on. That is why we don't update phi
2752           // operands at this moment.
2753           DF.insert(S);
2754         } else {
2755           // While S is not dominated by D, it is dead by now. This could take
2756           // place if S already have a dead predecessor before D is declared
2757           // dead.
2758           NewDead.push_back(S);
2759         }
2760       }
2761     }
2762   }
2763
2764   // For the dead blocks' live successors, update their phi nodes by replacing
2765   // the operands corresponding to dead blocks with UndefVal.
2766   for(SmallSetVector<BasicBlock *, 4>::iterator I = DF.begin(), E = DF.end();
2767         I != E; I++) {
2768     BasicBlock *B = *I;
2769     if (DeadBlocks.count(B))
2770       continue;
2771
2772     SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds(pred_begin(B), pred_end(B));
2773     for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator PI = Preds.begin(),
2774            PE = Preds.end(); PI != PE; PI++) {
2775       BasicBlock *P = *PI;
2776
2777       if (!DeadBlocks.count(P))
2778         continue;
2779
2780       if (isCriticalEdge(P->getTerminator(), GetSuccessorNumber(P, B))) {
2781         if (BasicBlock *S = splitCriticalEdges(P, B))
2782           DeadBlocks.insert(P = S);
2783       }
2784
2785       for (BasicBlock::iterator II = B->begin(); isa<PHINode>(II); ++II) {
2786         PHINode &Phi = cast<PHINode>(*II);
2787         Phi.setIncomingValue(Phi.getBasicBlockIndex(P),
2788                              UndefValue::get(Phi.getType()));
2789       }
2790     }
2791   }
2792 }
2793
2794 // If the given branch is recognized as a foldable branch (i.e. conditional
2795 // branch with constant condition), it will perform following analyses and
2796 // transformation.
2797 //  1) If the dead out-coming edge is a critical-edge, split it. Let 
2798 //     R be the target of the dead out-coming edge.
2799 //  1) Identify the set of dead blocks implied by the branch's dead outcoming
2800 //     edge. The result of this step will be {X| X is dominated by R}
2801 //  2) Identify those blocks which haves at least one dead prodecessor. The
2802 //     result of this step will be dominance-frontier(R).
2803 //  3) Update the PHIs in DF(R) by replacing the operands corresponding to 
2804 //     dead blocks with "UndefVal" in an hope these PHIs will optimized away.
2805 //
2806 // Return true iff *NEW* dead code are found.
2807 bool GVN::processFoldableCondBr(BranchInst *BI) {
2808   if (!BI || BI->isUnconditional())
2809     return false;
2810
2811   ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(BI->getCondition());
2812   if (!Cond)
2813     return false;
2814
2815   BasicBlock *DeadRoot = Cond->getZExtValue() ? 
2816                          BI->getSuccessor(1) : BI->getSuccessor(0);
2817   if (DeadBlocks.count(DeadRoot))
2818     return false;
2819
2820   if (!DeadRoot->getSinglePredecessor())
2821     DeadRoot = splitCriticalEdges(BI->getParent(), DeadRoot);
2822
2823   addDeadBlock(DeadRoot);
2824   return true;
2825 }
2826
2827 // performPRE() will trigger assert if it comes across an instruction without
2828 // associated val-num. As it normally has far more live instructions than dead
2829 // instructions, it makes more sense just to "fabricate" a val-number for the
2830 // dead code than checking if instruction involved is dead or not.
2831 void GVN::assignValNumForDeadCode() {
2832   for (SetVector<BasicBlock *>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
2833         E = DeadBlocks.end(); I != E; I++) {
2834     BasicBlock *BB = *I;
2835     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), EE = BB->end();
2836           II != EE; II++) {
2837       Instruction *Inst = &*II;
2838       unsigned ValNum = VN.lookup_or_add(Inst);
2839       addToLeaderTable(ValNum, Inst, BB);
2840     }
2841   }
2842 }