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