Revert "Resurrect r191017 " GVN proceeds in the presence of dead code" plus a fix...
[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   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1075   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1076   // offset applied as appropriate.
1077   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1078                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1079   Constant *OffsetCst =
1080     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1081   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, OffsetCst);
1082   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1083   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD))
1084     return Offset;
1085   return -1;
1086 }
1087
1088
1089 /// GetStoreValueForLoad - This function is called when we have a
1090 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
1091 /// that the store provides bits used by the load but we the pointers don't
1092 /// mustalias.  Check this case to see if there is anything more we can do
1093 /// before we give up.
1094 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
1095                                    Type *LoadTy,
1096                                    Instruction *InsertPt, const DataLayout &TD){
1097   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1098
1099   uint64_t StoreSize = (TD.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType()) + 7) / 8;
1100   uint64_t LoadSize = (TD.getTypeSizeInBits(LoadTy) + 7) / 8;
1101
1102   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1103
1104   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1105   // to an integer type to start with.
1106   if (SrcVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1107     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal,
1108         TD.getIntPtrType(SrcVal->getType()));
1109   if (!SrcVal->getType()->isIntegerTy())
1110     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8));
1111
1112   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1113   unsigned ShiftAmt;
1114   if (TD.isLittleEndian())
1115     ShiftAmt = Offset*8;
1116   else
1117     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1118
1119   if (ShiftAmt)
1120     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt);
1121
1122   if (LoadSize != StoreSize)
1123     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1124
1125   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, InsertPt, TD);
1126 }
1127
1128 /// GetLoadValueForLoad - This function is called when we have a
1129 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering load.  This means
1130 /// that the load *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1131 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1132 /// anything more we can do before we give up.
1133 static Value *GetLoadValueForLoad(LoadInst *SrcVal, unsigned Offset,
1134                                   Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1135                                   GVN &gvn) {
1136   const DataLayout &TD = *gvn.getDataLayout();
1137   // If Offset+LoadTy exceeds the size of SrcVal, then we must be wanting to
1138   // widen SrcVal out to a larger load.
1139   unsigned SrcValSize = TD.getTypeStoreSize(SrcVal->getType());
1140   unsigned LoadSize = TD.getTypeStoreSize(LoadTy);
1141   if (Offset+LoadSize > SrcValSize) {
1142     assert(SrcVal->isSimple() && "Cannot widen volatile/atomic load!");
1143     assert(SrcVal->getType()->isIntegerTy() && "Can't widen non-integer load");
1144     // If we have a load/load clobber an DepLI can be widened to cover this
1145     // load, then we should widen it to the next power of 2 size big enough!
1146     unsigned NewLoadSize = Offset+LoadSize;
1147     if (!isPowerOf2_32(NewLoadSize))
1148       NewLoadSize = NextPowerOf2(NewLoadSize);
1149
1150     Value *PtrVal = SrcVal->getPointerOperand();
1151
1152     // Insert the new load after the old load.  This ensures that subsequent
1153     // memdep queries will find the new load.  We can't easily remove the old
1154     // load completely because it is already in the value numbering table.
1155     IRBuilder<> Builder(SrcVal->getParent(), ++BasicBlock::iterator(SrcVal));
1156     Type *DestPTy =
1157       IntegerType::get(LoadTy->getContext(), NewLoadSize*8);
1158     DestPTy = PointerType::get(DestPTy,
1159                                PtrVal->getType()->getPointerAddressSpace());
1160     Builder.SetCurrentDebugLocation(SrcVal->getDebugLoc());
1161     PtrVal = Builder.CreateBitCast(PtrVal, DestPTy);
1162     LoadInst *NewLoad = Builder.CreateLoad(PtrVal);
1163     NewLoad->takeName(SrcVal);
1164     NewLoad->setAlignment(SrcVal->getAlignment());
1165
1166     DEBUG(dbgs() << "GVN WIDENED LOAD: " << *SrcVal << "\n");
1167     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *NewLoad << "\n");
1168
1169     // Replace uses of the original load with the wider load.  On a big endian
1170     // system, we need to shift down to get the relevant bits.
1171     Value *RV = NewLoad;
1172     if (TD.isBigEndian())
1173       RV = Builder.CreateLShr(RV,
1174                     NewLoadSize*8-SrcVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
1175     RV = Builder.CreateTrunc(RV, SrcVal->getType());
1176     SrcVal->replaceAllUsesWith(RV);
1177
1178     // We would like to use gvn.markInstructionForDeletion here, but we can't
1179     // because the load is already memoized into the leader map table that GVN
1180     // tracks.  It is potentially possible to remove the load from the table,
1181     // but then there all of the operations based on it would need to be
1182     // rehashed.  Just leave the dead load around.
1183     gvn.getMemDep().removeInstruction(SrcVal);
1184     SrcVal = NewLoad;
1185   }
1186
1187   return GetStoreValueForLoad(SrcVal, Offset, LoadTy, InsertPt, TD);
1188 }
1189
1190
1191 /// GetMemInstValueForLoad - This function is called when we have a
1192 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1193 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1194                                      Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1195                                      const DataLayout &TD){
1196   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1197   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1198
1199   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1200
1201   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1202   // provides the bits for the load.
1203   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1204     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1205     // independently of what the offset is.
1206     Value *Val = MSI->getValue();
1207     if (LoadSize != 1)
1208       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1209
1210     Value *OneElt = Val;
1211
1212     // Splat the value out to the right number of bits.
1213     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1214       // If we can double the number of bytes set, do it.
1215       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1216         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1217         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1218         NumBytesSet <<= 1;
1219         continue;
1220       }
1221
1222       // Otherwise insert one byte at a time.
1223       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1224       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1225       ++NumBytesSet;
1226     }
1227
1228     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, InsertPt, TD);
1229   }
1230
1231   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1232   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1233   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1234   unsigned AS = Src->getType()->getPointerAddressSpace();
1235
1236   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1237   // offset applied as appropriate.
1238   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1239                                  Type::getInt8PtrTy(Src->getContext(), AS));
1240   Constant *OffsetCst =
1241     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1242   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, OffsetCst);
1243   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::get(LoadTy, AS));
1244   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD);
1245 }
1246
1247
1248 /// ConstructSSAForLoadSet - Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1249 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1250 /// that should be used at LI's definition site.
1251 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
1252                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1253                                      GVN &gvn) {
1254   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
1255   // just use the dominating value directly.
1256   if (ValuesPerBlock.size() == 1 &&
1257       gvn.getDominatorTree().properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB,
1258                                                LI->getParent()))
1259     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI->getType(), gvn);
1260
1261   // Otherwise, we have to construct SSA form.
1262   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1263   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1264   SSAUpdate.Initialize(LI->getType(), LI->getName());
1265
1266   Type *LoadTy = LI->getType();
1267
1268   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1269     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1270     BasicBlock *BB = AV.BB;
1271
1272     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1273       continue;
1274
1275     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LoadTy, gvn));
1276   }
1277
1278   // Perform PHI construction.
1279   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1280
1281   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1282   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) {
1283     AliasAnalysis *AA = gvn.getAliasAnalysis();
1284
1285     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
1286       AA->copyValue(LI, NewPHIs[i]);
1287
1288     // Now that we've copied information to the new PHIs, scan through
1289     // them again and inform alias analysis that we've added potentially
1290     // escaping uses to any values that are operands to these PHIs.
1291     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i) {
1292       PHINode *P = NewPHIs[i];
1293       for (unsigned ii = 0, ee = P->getNumIncomingValues(); ii != ee; ++ii) {
1294         unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
1295         AA->addEscapingUse(P->getOperandUse(jj));
1296       }
1297     }
1298   }
1299
1300   return V;
1301 }
1302
1303 Value *AvailableValueInBlock::MaterializeAdjustedValue(Type *LoadTy, GVN &gvn) const {
1304   Value *Res;
1305   if (isSimpleValue()) {
1306     Res = getSimpleValue();
1307     if (Res->getType() != LoadTy) {
1308       const DataLayout *TD = gvn.getDataLayout();
1309       assert(TD && "Need target data to handle type mismatch case");
1310       Res = GetStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1311                                  *TD);
1312   
1313       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1314                    << *getSimpleValue() << '\n'
1315                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1316     }
1317   } else if (isCoercedLoadValue()) {
1318     LoadInst *Load = getCoercedLoadValue();
1319     if (Load->getType() == LoadTy && Offset == 0) {
1320       Res = Load;
1321     } else {
1322       Res = GetLoadValueForLoad(Load, Offset, LoadTy, BB->getTerminator(),
1323                                 gvn);
1324   
1325       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL LOAD:\nOffset: " << Offset << "  "
1326                    << *getCoercedLoadValue() << '\n'
1327                    << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1328     }
1329   } else {
1330     const DataLayout *TD = gvn.getDataLayout();
1331     assert(TD && "Need target data to handle type mismatch case");
1332     Res = GetMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset,
1333                                  LoadTy, BB->getTerminator(), *TD);
1334     DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1335                  << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
1336                  << *Res << '\n' << "\n\n\n");
1337   }
1338   return Res;
1339 }
1340
1341 static bool isLifetimeStart(const Instruction *Inst) {
1342   if (const IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1343     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1344   return false;
1345 }
1346
1347 void GVN::AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps, 
1348                                   AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
1349                                   UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1350
1351   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1352   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1353   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1354   // that could potentially clobber the load).
1355   unsigned NumDeps = Deps.size();
1356   for (unsigned i = 0, e = NumDeps; i != e; ++i) {
1357     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1358     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1359
1360     if (!DepInfo.isDef() && !DepInfo.isClobber()) {
1361       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1362       continue;
1363     }
1364
1365     if (DepInfo.isClobber()) {
1366       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1367       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1368       // to consider the right address.
1369       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1370
1371       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1372       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1373       // stored value.
1374       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1375         if (TD && Address) {
1376           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address,
1377                                                       DepSI, *TD);
1378           if (Offset != -1) {
1379             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1380                                                        DepSI->getValueOperand(),
1381                                                                 Offset));
1382             continue;
1383           }
1384         }
1385       }
1386
1387       // Check to see if we have something like this:
1388       //    load i32* P
1389       //    load i8* (P+1)
1390       // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1391       if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInfo.getInst())) {
1392         // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1393         // we have the first instruction in the entry block.
1394         if (DepLI != LI && Address && TD) {
1395           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(LI->getType(),
1396                                                      LI->getPointerOperand(),
1397                                                      DepLI, *TD);
1398
1399           if (Offset != -1) {
1400             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB,DepLI,
1401                                                                     Offset));
1402             continue;
1403           }
1404         }
1405       }
1406
1407       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1408       // forward a value on from it.
1409       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1410         if (TD && Address) {
1411           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1412                                                         DepMI, *TD);
1413           if (Offset != -1) {
1414             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1415                                                                   Offset));
1416             continue;
1417           }
1418         }
1419       }
1420
1421       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1422       continue;
1423     }
1424
1425     // DepInfo.isDef() here
1426
1427     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1428
1429     // Loading the allocation -> undef.
1430     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI) ||
1431         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1432         isLifetimeStart(DepInst)) {
1433       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1434                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1435       continue;
1436     }
1437
1438     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1439       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1440       // different types if we have to.
1441       if (S->getValueOperand()->getType() != LI->getType()) {
1442         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1443         // reuse it.
1444         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getValueOperand(),
1445                                                         LI->getType(), *TD)) {
1446           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1447           continue;
1448         }
1449       }
1450
1451       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1452                                                          S->getValueOperand()));
1453       continue;
1454     }
1455
1456     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1457       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1458       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1459         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1460         // reuse it.
1461         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(),*TD)){
1462           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1463           continue;
1464         }
1465       }
1466       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getLoad(DepBB, LD));
1467       continue;
1468     }
1469
1470     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1471   }
1472 }
1473
1474 bool GVN::PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock, 
1475                          UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1476   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1477   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1478   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1479   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1480   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1481   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1482   // the load, not inserting a new one).
1483
1484   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers;
1485   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1486     Blockers.insert(UnavailableBlocks[i]);
1487
1488   // Let's find the first basic block with more than one predecessor.  Walk
1489   // backwards through predecessors if needed.
1490   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1491   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1492
1493   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1494     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1495     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1496       return false;
1497     if (Blockers.count(TmpBB))
1498       return false;
1499
1500     // If any of these blocks has more than one successor (i.e. if the edge we
1501     // just traversed was critical), then there are other paths through this
1502     // block along which the load may not be anticipated.  Hoisting the load
1503     // above this block would be adding the load to execution paths along
1504     // which it was not previously executed.
1505     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1506       return false;
1507   }
1508
1509   assert(TmpBB);
1510   LoadBB = TmpBB;
1511
1512   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1513   // available.
1514   DenseMap<BasicBlock*, Value*> PredLoads;
1515   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1516   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1517     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1518   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1519     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1520
1521   SmallVector<BasicBlock *, 4> CriticalEdgePred;
1522   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1523        PI != E; ++PI) {
1524     BasicBlock *Pred = *PI;
1525     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks, 0)) {
1526       continue;
1527     }
1528     PredLoads[Pred] = 0;
1529
1530     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1531       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1532         DEBUG(dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1533               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1534         return false;
1535       }
1536
1537       if (LoadBB->isLandingPad()) {
1538         DEBUG(dbgs()
1539               << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF LANDING PAD CRITICAL EDGE '"
1540               << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1541         return false;
1542       }
1543
1544       CriticalEdgePred.push_back(Pred);
1545     }
1546   }
1547
1548   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1549   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size();
1550   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1551          "Fully available value should already be eliminated!");
1552
1553   // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1554   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1555   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1556   // that one block.
1557   if (NumUnavailablePreds != 1)
1558       return false;
1559
1560   // Split critical edges, and update the unavailable predecessors accordingly.
1561   for (SmallVectorImpl<BasicBlock *>::iterator I = CriticalEdgePred.begin(),
1562          E = CriticalEdgePred.end(); I != E; I++) {
1563     BasicBlock *OrigPred = *I;
1564     BasicBlock *NewPred = splitCriticalEdges(OrigPred, LoadBB);
1565     PredLoads.erase(OrigPred);
1566     PredLoads[NewPred] = 0;
1567     DEBUG(dbgs() << "Split critical edge " << OrigPred->getName() << "->"
1568                  << LoadBB->getName() << '\n');
1569   }
1570
1571   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1572   bool CanDoPRE = true;
1573   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1574   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = PredLoads.begin(),
1575          E = PredLoads.end(); I != E; ++I) {
1576     BasicBlock *UnavailablePred = I->first;
1577
1578     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1579     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1580
1581     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1582     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1583     // pointer if it is not available.
1584     PHITransAddr Address(LI->getPointerOperand(), TD);
1585     Value *LoadPtr = 0;
1586     LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1587                                                 *DT, NewInsts);
1588
1589     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1590     // we fail PRE.
1591     if (LoadPtr == 0) {
1592       DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1593             << *LI->getPointerOperand() << "\n");
1594       CanDoPRE = false;
1595       break;
1596     }
1597
1598     I->second = LoadPtr;
1599   }
1600
1601   if (!CanDoPRE) {
1602     while (!NewInsts.empty()) {
1603       Instruction *I = NewInsts.pop_back_val();
1604       if (MD) MD->removeInstruction(I);
1605       I->eraseFromParent();
1606     }
1607     // HINT:Don't revert the edge-splitting as following transformation may 
1608     // also need to split these critial edges.
1609     return !CriticalEdgePred.empty();
1610   }
1611
1612   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1613   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1614   // it.
1615   DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1616   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1617           dbgs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1618                  << *NewInsts.back() << '\n');
1619
1620   // Assign value numbers to the new instructions.
1621   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1622     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1623     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1624     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1625     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1626     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1627   }
1628
1629   for (DenseMap<BasicBlock*, Value*>::iterator I = PredLoads.begin(),
1630          E = PredLoads.end(); I != E; ++I) {
1631     BasicBlock *UnavailablePred = I->first;
1632     Value *LoadPtr = I->second;
1633
1634     Instruction *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1635                                         LI->getAlignment(),
1636                                         UnavailablePred->getTerminator());
1637
1638     // Transfer the old load's TBAA tag to the new load.
1639     if (MDNode *Tag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa))
1640       NewLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, Tag);
1641
1642     // Transfer DebugLoc.
1643     NewLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1644
1645     // Add the newly created load.
1646     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1647                                                         NewLoad));
1648     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1649     DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1650   }
1651
1652   // Perform PHI construction.
1653   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1654   LI->replaceAllUsesWith(V);
1655   if (isa<PHINode>(V))
1656     V->takeName(LI);
1657   if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1658     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1659   markInstructionForDeletion(LI);
1660   ++NumPRELoad;
1661   return true;
1662 }
1663
1664 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1665 /// non-local by performing PHI construction.
1666 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI) {
1667   // Step 1: Find the non-local dependencies of the load.
1668   LoadDepVect Deps;
1669   AliasAnalysis::Location Loc = VN.getAliasAnalysis()->getLocation(LI);
1670   MD->getNonLocalPointerDependency(Loc, true, LI->getParent(), Deps);
1671
1672   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1673   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1674   // it will be too expensive.
1675   unsigned NumDeps = Deps.size();
1676   if (NumDeps > 100)
1677     return false;
1678
1679   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1680   // clobber in the current block.  Reject this early.
1681   if (NumDeps == 1 &&
1682       !Deps[0].getResult().isDef() && !Deps[0].getResult().isClobber()) {
1683     DEBUG(
1684       dbgs() << "GVN: non-local load ";
1685       WriteAsOperand(dbgs(), LI);
1686       dbgs() << " has unknown dependencies\n";
1687     );
1688     return false;
1689   }
1690
1691   // Step 2: Analyze the availability of the load
1692   AvailValInBlkVect ValuesPerBlock;
1693   UnavailBlkVect UnavailableBlocks;
1694   AnalyzeLoadAvailability(LI, Deps, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1695
1696   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1697   // early.
1698   if (ValuesPerBlock.empty())
1699     return false;
1700
1701   // Step 3: Eliminate fully redundancy.
1702   //
1703   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1704   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1705   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1706   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1707     DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1708
1709     // Perform PHI construction.
1710     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1711     LI->replaceAllUsesWith(V);
1712
1713     if (isa<PHINode>(V))
1714       V->takeName(LI);
1715     if (V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1716       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1717     markInstructionForDeletion(LI);
1718     ++NumGVNLoad;
1719     return true;
1720   }
1721
1722   // Step 4: Eliminate partial redundancy.
1723   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1724     return false;
1725
1726   return PerformLoadPRE(LI, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1727 }
1728
1729
1730 static void patchReplacementInstruction(Instruction *I, Value *Repl) {
1731   // Patch the replacement so that it is not more restrictive than the value
1732   // being replaced.
1733   BinaryOperator *Op = dyn_cast<BinaryOperator>(I);
1734   BinaryOperator *ReplOp = dyn_cast<BinaryOperator>(Repl);
1735   if (Op && ReplOp && isa<OverflowingBinaryOperator>(Op) &&
1736       isa<OverflowingBinaryOperator>(ReplOp)) {
1737     if (ReplOp->hasNoSignedWrap() && !Op->hasNoSignedWrap())
1738       ReplOp->setHasNoSignedWrap(false);
1739     if (ReplOp->hasNoUnsignedWrap() && !Op->hasNoUnsignedWrap())
1740       ReplOp->setHasNoUnsignedWrap(false);
1741   }
1742   if (Instruction *ReplInst = dyn_cast<Instruction>(Repl)) {
1743     SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode*>, 4> Metadata;
1744     ReplInst->getAllMetadataOtherThanDebugLoc(Metadata);
1745     for (int i = 0, n = Metadata.size(); i < n; ++i) {
1746       unsigned Kind = Metadata[i].first;
1747       MDNode *IMD = I->getMetadata(Kind);
1748       MDNode *ReplMD = Metadata[i].second;
1749       switch(Kind) {
1750       default:
1751         ReplInst->setMetadata(Kind, NULL); // Remove unknown metadata
1752         break;
1753       case LLVMContext::MD_dbg:
1754         llvm_unreachable("getAllMetadataOtherThanDebugLoc returned a MD_dbg");
1755       case LLVMContext::MD_tbaa:
1756         ReplInst->setMetadata(Kind, MDNode::getMostGenericTBAA(IMD, ReplMD));
1757         break;
1758       case LLVMContext::MD_range:
1759         ReplInst->setMetadata(Kind, MDNode::getMostGenericRange(IMD, ReplMD));
1760         break;
1761       case LLVMContext::MD_prof:
1762         llvm_unreachable("MD_prof in a non terminator instruction");
1763         break;
1764       case LLVMContext::MD_fpmath:
1765         ReplInst->setMetadata(Kind, MDNode::getMostGenericFPMath(IMD, ReplMD));
1766         break;
1767       }
1768     }
1769   }
1770 }
1771
1772 static void patchAndReplaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *Repl) {
1773   patchReplacementInstruction(I, Repl);
1774   I->replaceAllUsesWith(Repl);
1775 }
1776
1777 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1778 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1779 bool GVN::processLoad(LoadInst *L) {
1780   if (!MD)
1781     return false;
1782
1783   if (!L->isSimple())
1784     return false;
1785
1786   if (L->use_empty()) {
1787     markInstructionForDeletion(L);
1788     return true;
1789   }
1790
1791   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1792   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1793
1794   // If we have a clobber and target data is around, see if this is a clobber
1795   // that we can fix up through code synthesis.
1796   if (Dep.isClobber() && TD) {
1797     // Check to see if we have something like this:
1798     //   store i32 123, i32* %P
1799     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1800     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1801     //   %C = load i8* %B
1802     //
1803     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1804     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1805     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1806     // access code.
1807     Value *AvailVal = 0;
1808     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst())) {
1809       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(L->getType(),
1810                                                   L->getPointerOperand(),
1811                                                   DepSI, *TD);
1812       if (Offset != -1)
1813         AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getValueOperand(), Offset,
1814                                         L->getType(), L, *TD);
1815     }
1816
1817     // Check to see if we have something like this:
1818     //    load i32* P
1819     //    load i8* (P+1)
1820     // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
1821     if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(Dep.getInst())) {
1822       // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
1823       // we have the first instruction in the entry block.
1824       if (DepLI == L)
1825         return false;
1826
1827       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingLoad(L->getType(),
1828                                                  L->getPointerOperand(),
1829                                                  DepLI, *TD);
1830       if (Offset != -1)
1831         AvailVal = GetLoadValueForLoad(DepLI, Offset, L->getType(), L, *this);
1832     }
1833
1834     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1835     // a value on from it.
1836     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1837       int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(L->getType(),
1838                                                     L->getPointerOperand(),
1839                                                     DepMI, *TD);
1840       if (Offset != -1)
1841         AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L, *TD);
1842     }
1843
1844     if (AvailVal) {
1845       DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1846             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1847
1848       // Replace the load!
1849       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1850       if (AvailVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1851         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1852       markInstructionForDeletion(L);
1853       ++NumGVNLoad;
1854       return true;
1855     }
1856   }
1857
1858   // If the value isn't available, don't do anything!
1859   if (Dep.isClobber()) {
1860     DEBUG(
1861       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1862       dbgs() << "GVN: load ";
1863       WriteAsOperand(dbgs(), L);
1864       Instruction *I = Dep.getInst();
1865       dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1866     );
1867     return false;
1868   }
1869
1870   // If it is defined in another block, try harder.
1871   if (Dep.isNonLocal())
1872     return processNonLocalLoad(L);
1873
1874   if (!Dep.isDef()) {
1875     DEBUG(
1876       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1877       dbgs() << "GVN: load ";
1878       WriteAsOperand(dbgs(), L);
1879       dbgs() << " has unknown dependence\n";
1880     );
1881     return false;
1882   }
1883
1884   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1885   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1886     Value *StoredVal = DepSI->getValueOperand();
1887
1888     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1889     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1890     // value (depending on its type).
1891     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1892       if (TD) {
1893         StoredVal = CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(),
1894                                                    L, *TD);
1895         if (StoredVal == 0)
1896           return false;
1897
1898         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1899                      << '\n' << *L << "\n\n\n");
1900       }
1901       else
1902         return false;
1903     }
1904
1905     // Remove it!
1906     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1907     if (StoredVal->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1908       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1909     markInstructionForDeletion(L);
1910     ++NumGVNLoad;
1911     return true;
1912   }
1913
1914   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1915     Value *AvailableVal = DepLI;
1916
1917     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1918     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1919     // (depending on its type).
1920     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1921       if (TD) {
1922         AvailableVal = CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(),
1923                                                       L, *TD);
1924         if (AvailableVal == 0)
1925           return false;
1926
1927         DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1928                      << "\n" << *L << "\n\n\n");
1929       }
1930       else
1931         return false;
1932     }
1933
1934     // Remove it!
1935     patchAndReplaceAllUsesWith(L, AvailableVal);
1936     if (DepLI->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
1937       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1938     markInstructionForDeletion(L);
1939     ++NumGVNLoad;
1940     return true;
1941   }
1942
1943   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1944   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1945   // intervening stores, for example.
1946   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
1947     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1948     markInstructionForDeletion(L);
1949     ++NumGVNLoad;
1950     return true;
1951   }
1952
1953   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1954   // then the loaded value is undefined.
1955   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1956     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1957       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1958       markInstructionForDeletion(L);
1959       ++NumGVNLoad;
1960       return true;
1961     }
1962   }
1963
1964   return false;
1965 }
1966
1967 // findLeader - In order to find a leader for a given value number at a
1968 // specific basic block, we first obtain the list of all Values for that number,
1969 // and then scan the list to find one whose block dominates the block in
1970 // question.  This is fast because dominator tree queries consist of only
1971 // a few comparisons of DFS numbers.
1972 Value *GVN::findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num) {
1973   LeaderTableEntry Vals = LeaderTable[num];
1974   if (!Vals.Val) return 0;
1975
1976   Value *Val = 0;
1977   if (DT->dominates(Vals.BB, BB)) {
1978     Val = Vals.Val;
1979     if (isa<Constant>(Val)) return Val;
1980   }
1981
1982   LeaderTableEntry* Next = Vals.Next;
1983   while (Next) {
1984     if (DT->dominates(Next->BB, BB)) {
1985       if (isa<Constant>(Next->Val)) return Next->Val;
1986       if (!Val) Val = Next->Val;
1987     }
1988
1989     Next = Next->Next;
1990   }
1991
1992   return Val;
1993 }
1994
1995 /// replaceAllDominatedUsesWith - Replace all uses of 'From' with 'To' if the
1996 /// use is dominated by the given basic block.  Returns the number of uses that
1997 /// were replaced.
1998 unsigned GVN::replaceAllDominatedUsesWith(Value *From, Value *To,
1999                                           const BasicBlockEdge &Root) {
2000   unsigned Count = 0;
2001   for (Value::use_iterator UI = From->use_begin(), UE = From->use_end();
2002        UI != UE; ) {
2003     Use &U = (UI++).getUse();
2004
2005     if (DT->dominates(Root, U)) {
2006       U.set(To);
2007       ++Count;
2008     }
2009   }
2010   return Count;
2011 }
2012
2013 /// isOnlyReachableViaThisEdge - There is an edge from 'Src' to 'Dst'.  Return
2014 /// true if every path from the entry block to 'Dst' passes via this edge.  In
2015 /// particular 'Dst' must not be reachable via another edge from 'Src'.
2016 static bool isOnlyReachableViaThisEdge(const BasicBlockEdge &E,
2017                                        DominatorTree *DT) {
2018   // While in theory it is interesting to consider the case in which Dst has
2019   // more than one predecessor, because Dst might be part of a loop which is
2020   // only reachable from Src, in practice it is pointless since at the time
2021   // GVN runs all such loops have preheaders, which means that Dst will have
2022   // been changed to have only one predecessor, namely Src.
2023   const BasicBlock *Pred = E.getEnd()->getSinglePredecessor();
2024   const BasicBlock *Src = E.getStart();
2025   assert((!Pred || Pred == Src) && "No edge between these basic blocks!");
2026   (void)Src;
2027   return Pred != 0;
2028 }
2029
2030 /// propagateEquality - The given values are known to be equal in every block
2031 /// dominated by 'Root'.  Exploit this, for example by replacing 'LHS' with
2032 /// 'RHS' everywhere in the scope.  Returns whether a change was made.
2033 bool GVN::propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS,
2034                             const BasicBlockEdge &Root) {
2035   SmallVector<std::pair<Value*, Value*>, 4> Worklist;
2036   Worklist.push_back(std::make_pair(LHS, RHS));
2037   bool Changed = false;
2038   // For speed, compute a conservative fast approximation to
2039   // DT->dominates(Root, Root.getEnd());
2040   bool RootDominatesEnd = isOnlyReachableViaThisEdge(Root, DT);
2041
2042   while (!Worklist.empty()) {
2043     std::pair<Value*, Value*> Item = Worklist.pop_back_val();
2044     LHS = Item.first; RHS = Item.second;
2045
2046     if (LHS == RHS) continue;
2047     assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "Equality but unequal types!");
2048
2049     // Don't try to propagate equalities between constants.
2050     if (isa<Constant>(LHS) && isa<Constant>(RHS)) continue;
2051
2052     // Prefer a constant on the right-hand side, or an Argument if no constants.
2053     if (isa<Constant>(LHS) || (isa<Argument>(LHS) && !isa<Constant>(RHS)))
2054       std::swap(LHS, RHS);
2055     assert((isa<Argument>(LHS) || isa<Instruction>(LHS)) && "Unexpected value!");
2056
2057     // If there is no obvious reason to prefer the left-hand side over the right-
2058     // hand side, ensure the longest lived term is on the right-hand side, so the
2059     // shortest lived term will be replaced by the longest lived.  This tends to
2060     // expose more simplifications.
2061     uint32_t LVN = VN.lookup_or_add(LHS);
2062     if ((isa<Argument>(LHS) && isa<Argument>(RHS)) ||
2063         (isa<Instruction>(LHS) && isa<Instruction>(RHS))) {
2064       // Move the 'oldest' value to the right-hand side, using the value number as
2065       // a proxy for age.
2066       uint32_t RVN = VN.lookup_or_add(RHS);
2067       if (LVN < RVN) {
2068         std::swap(LHS, RHS);
2069         LVN = RVN;
2070       }
2071     }
2072
2073     // If value numbering later sees that an instruction in the scope is equal
2074     // to 'LHS' then ensure it will be turned into 'RHS'.  In order to preserve
2075     // the invariant that instructions only occur in the leader table for their
2076     // own value number (this is used by removeFromLeaderTable), do not do this
2077     // if RHS is an instruction (if an instruction in the scope is morphed into
2078     // LHS then it will be turned into RHS by the next GVN iteration anyway, so
2079     // using the leader table is about compiling faster, not optimizing better).
2080     // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2081     // have the simple case where the edge dominates the end.
2082     if (RootDominatesEnd && !isa<Instruction>(RHS))
2083       addToLeaderTable(LVN, RHS, Root.getEnd());
2084
2085     // Replace all occurrences of 'LHS' with 'RHS' everywhere in the scope.  As
2086     // LHS always has at least one use that is not dominated by Root, this will
2087     // never do anything if LHS has only one use.
2088     if (!LHS->hasOneUse()) {
2089       unsigned NumReplacements = replaceAllDominatedUsesWith(LHS, RHS, Root);
2090       Changed |= NumReplacements > 0;
2091       NumGVNEqProp += NumReplacements;
2092     }
2093
2094     // Now try to deduce additional equalities from this one.  For example, if the
2095     // known equality was "(A != B)" == "false" then it follows that A and B are
2096     // equal in the scope.  Only boolean equalities with an explicit true or false
2097     // RHS are currently supported.
2098     if (!RHS->getType()->isIntegerTy(1))
2099       // Not a boolean equality - bail out.
2100       continue;
2101     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
2102     if (!CI)
2103       // RHS neither 'true' nor 'false' - bail out.
2104       continue;
2105     // Whether RHS equals 'true'.  Otherwise it equals 'false'.
2106     bool isKnownTrue = CI->isAllOnesValue();
2107     bool isKnownFalse = !isKnownTrue;
2108
2109     // If "A && B" is known true then both A and B are known true.  If "A || B"
2110     // is known false then both A and B are known false.
2111     Value *A, *B;
2112     if ((isKnownTrue && match(LHS, m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) ||
2113         (isKnownFalse && match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))))) {
2114       Worklist.push_back(std::make_pair(A, RHS));
2115       Worklist.push_back(std::make_pair(B, RHS));
2116       continue;
2117     }
2118
2119     // If we are propagating an equality like "(A == B)" == "true" then also
2120     // propagate the equality A == B.  When propagating a comparison such as
2121     // "(A >= B)" == "true", replace all instances of "A < B" with "false".
2122     if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(LHS)) {
2123       Value *Op0 = Cmp->getOperand(0), *Op1 = Cmp->getOperand(1);
2124
2125       // If "A == B" is known true, or "A != B" is known false, then replace
2126       // A with B everywhere in the scope.
2127       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ) ||
2128           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE))
2129         Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
2130
2131       // If "A >= B" is known true, replace "A < B" with false everywhere.
2132       CmpInst::Predicate NotPred = Cmp->getInversePredicate();
2133       Constant *NotVal = ConstantInt::get(Cmp->getType(), isKnownFalse);
2134       // Since we don't have the instruction "A < B" immediately to hand, work out
2135       // the value number that it would have and use that to find an appropriate
2136       // instruction (if any).
2137       uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2138       uint32_t Num = VN.lookup_or_add_cmp(Cmp->getOpcode(), NotPred, Op0, Op1);
2139       // If the number we were assigned was brand new then there is no point in
2140       // looking for an instruction realizing it: there cannot be one!
2141       if (Num < NextNum) {
2142         Value *NotCmp = findLeader(Root.getEnd(), Num);
2143         if (NotCmp && isa<Instruction>(NotCmp)) {
2144           unsigned NumReplacements =
2145             replaceAllDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, Root);
2146           Changed |= NumReplacements > 0;
2147           NumGVNEqProp += NumReplacements;
2148         }
2149       }
2150       // Ensure that any instruction in scope that gets the "A < B" value number
2151       // is replaced with false.
2152       // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
2153       // have the simple case where the edge dominates the end.
2154       if (RootDominatesEnd)
2155         addToLeaderTable(Num, NotVal, Root.getEnd());
2156
2157       continue;
2158     }
2159   }
2160
2161   return Changed;
2162 }
2163
2164 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
2165 /// by inserting it into the appropriate sets
2166 bool GVN::processInstruction(Instruction *I) {
2167   // Ignore dbg info intrinsics.
2168   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2169     return false;
2170
2171   // If the instruction can be easily simplified then do so now in preference
2172   // to value numbering it.  Value numbering often exposes redundancies, for
2173   // example if it determines that %y is equal to %x then the instruction
2174   // "%z = and i32 %x, %y" becomes "%z = and i32 %x, %x" which we now simplify.
2175   if (Value *V = SimplifyInstruction(I, TD, TLI, DT)) {
2176     I->replaceAllUsesWith(V);
2177     if (MD && V->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2178       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
2179     markInstructionForDeletion(I);
2180     ++NumGVNSimpl;
2181     return true;
2182   }
2183
2184   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
2185     if (processLoad(LI))
2186       return true;
2187
2188     unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
2189     addToLeaderTable(Num, LI, LI->getParent());
2190     return false;
2191   }
2192
2193   // For conditional branches, we can perform simple conditional propagation on
2194   // the condition value itself.
2195   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
2196     if (!BI->isConditional() || isa<Constant>(BI->getCondition()))
2197       return false;
2198
2199     Value *BranchCond = BI->getCondition();
2200
2201     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
2202     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
2203     // Avoid multiple edges early.
2204     if (TrueSucc == FalseSucc)
2205       return false;
2206
2207     BasicBlock *Parent = BI->getParent();
2208     bool Changed = false;
2209
2210     Value *TrueVal = ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
2211     BasicBlockEdge TrueE(Parent, TrueSucc);
2212     Changed |= propagateEquality(BranchCond, TrueVal, TrueE);
2213
2214     Value *FalseVal = ConstantInt::getFalse(FalseSucc->getContext());
2215     BasicBlockEdge FalseE(Parent, FalseSucc);
2216     Changed |= propagateEquality(BranchCond, FalseVal, FalseE);
2217
2218     return Changed;
2219   }
2220
2221   // For switches, propagate the case values into the case destinations.
2222   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(I)) {
2223     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
2224     BasicBlock *Parent = SI->getParent();
2225     bool Changed = false;
2226
2227     // Remember how many outgoing edges there are to every successor.
2228     SmallDenseMap<BasicBlock *, unsigned, 16> SwitchEdges;
2229     for (unsigned i = 0, n = SI->getNumSuccessors(); i != n; ++i)
2230       ++SwitchEdges[SI->getSuccessor(i)];
2231
2232     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2233          i != e; ++i) {
2234       BasicBlock *Dst = i.getCaseSuccessor();
2235       // If there is only a single edge, propagate the case value into it.
2236       if (SwitchEdges.lookup(Dst) == 1) {
2237         BasicBlockEdge E(Parent, Dst);
2238         Changed |= propagateEquality(SwitchCond, i.getCaseValue(), E);
2239       }
2240     }
2241     return Changed;
2242   }
2243
2244   // Instructions with void type don't return a value, so there's
2245   // no point in trying to find redundancies in them.
2246   if (I->getType()->isVoidTy()) return false;
2247
2248   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
2249   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
2250
2251   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
2252   // by fast failing them.
2253   if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I) || isa<PHINode>(I)) {
2254     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2255     return false;
2256   }
2257
2258   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
2259   // need to do a lookup to see if the number already exists
2260   // somewhere in the domtree: it can't!
2261   if (Num >= NextNum) {
2262     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2263     return false;
2264   }
2265
2266   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
2267   // dominators.
2268   Value *repl = findLeader(I->getParent(), Num);
2269   if (repl == 0) {
2270     // Failure, just remember this instance for future use.
2271     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
2272     return false;
2273   }
2274
2275   // Remove it!
2276   patchAndReplaceAllUsesWith(I, repl);
2277   if (MD && repl->getType()->getScalarType()->isPointerTy())
2278     MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
2279   markInstructionForDeletion(I);
2280   return true;
2281 }
2282
2283 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
2284 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
2285   if (!NoLoads)
2286     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
2287   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2288   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
2289   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
2290   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
2291   VN.setMemDep(MD);
2292   VN.setDomTree(DT);
2293
2294   bool Changed = false;
2295   bool ShouldContinue = true;
2296
2297   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2298   // optimization opportunities.
2299   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2300     BasicBlock *BB = FI++;
2301
2302     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, this);
2303     if (removedBlock) ++NumGVNBlocks;
2304
2305     Changed |= removedBlock;
2306   }
2307
2308   unsigned Iteration = 0;
2309   while (ShouldContinue) {
2310     DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2311     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2312     Changed |= ShouldContinue;
2313     ++Iteration;
2314   }
2315
2316   if (EnablePRE) {
2317     bool PREChanged = true;
2318     while (PREChanged) {
2319       PREChanged = performPRE(F);
2320       Changed |= PREChanged;
2321     }
2322   }
2323
2324   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2325   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2326   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2327   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2328
2329   cleanupGlobalSets();
2330
2331   return Changed;
2332 }
2333
2334
2335 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2336   // FIXME: Kill off InstrsToErase by doing erasing eagerly in a helper function
2337   // (and incrementing BI before processing an instruction).
2338   assert(InstrsToErase.empty() &&
2339          "We expect InstrsToErase to be empty across iterations");
2340   bool ChangedFunction = false;
2341
2342   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2343        BI != BE;) {
2344     ChangedFunction |= processInstruction(BI);
2345     if (InstrsToErase.empty()) {
2346       ++BI;
2347       continue;
2348     }
2349
2350     // If we need some instructions deleted, do it now.
2351     NumGVNInstr += InstrsToErase.size();
2352
2353     // Avoid iterator invalidation.
2354     bool AtStart = BI == BB->begin();
2355     if (!AtStart)
2356       --BI;
2357
2358     for (SmallVectorImpl<Instruction *>::iterator I = InstrsToErase.begin(),
2359          E = InstrsToErase.end(); I != E; ++I) {
2360       DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2361       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2362       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2363       (*I)->eraseFromParent();
2364     }
2365     InstrsToErase.clear();
2366
2367     if (AtStart)
2368       BI = BB->begin();
2369     else
2370       ++BI;
2371   }
2372
2373   return ChangedFunction;
2374 }
2375
2376 /// performPRE - Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2377 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2378 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2379   bool Changed = false;
2380   SmallVector<std::pair<Value*, BasicBlock*>, 8> predMap;
2381   for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(&F.getEntryBlock()),
2382        DE = df_end(&F.getEntryBlock()); DI != DE; ++DI) {
2383     BasicBlock *CurrentBlock = *DI;
2384
2385     // Nothing to PRE in the entry block.
2386     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock()) continue;
2387
2388     // Don't perform PRE on a landing pad.
2389     if (CurrentBlock->isLandingPad()) continue;
2390
2391     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2392          BE = CurrentBlock->end(); BI != BE; ) {
2393       Instruction *CurInst = BI++;
2394
2395       if (isa<AllocaInst>(CurInst) ||
2396           isa<TerminatorInst>(CurInst) || isa<PHINode>(CurInst) ||
2397           CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2398           CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2399           isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2400         continue;
2401
2402       // Don't do PRE on compares. The PHI would prevent CodeGenPrepare from
2403       // sinking the compare again, and it would force the code generator to
2404       // move the i1 from processor flags or predicate registers into a general
2405       // purpose register.
2406       if (isa<CmpInst>(CurInst))
2407         continue;
2408
2409       // We don't currently value number ANY inline asm calls.
2410       if (CallInst *CallI = dyn_cast<CallInst>(CurInst))
2411         if (CallI->isInlineAsm())
2412           continue;
2413
2414       uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2415
2416       // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2417       // only trying to solve the basic diamond case, where
2418       // a value is computed in the successor and one predecessor,
2419       // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2420       // where the successor is its own predecessor, because they're
2421       // more complicated to get right.
2422       unsigned NumWith = 0;
2423       unsigned NumWithout = 0;
2424       BasicBlock *PREPred = 0;
2425       predMap.clear();
2426
2427       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2428            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI) {
2429         BasicBlock *P = *PI;
2430         // We're not interested in PRE where the block is its
2431         // own predecessor, or in blocks with predecessors
2432         // that are not reachable.
2433         if (P == CurrentBlock) {
2434           NumWithout = 2;
2435           break;
2436         } else if (!DT->isReachableFromEntry(P))  {
2437           NumWithout = 2;
2438           break;
2439         }
2440
2441         Value* predV = findLeader(P, ValNo);
2442         if (predV == 0) {
2443           predMap.push_back(std::make_pair(static_cast<Value *>(0), P));
2444           PREPred = P;
2445           ++NumWithout;
2446         } else if (predV == CurInst) {
2447           /* CurInst dominates this predecessor. */
2448           NumWithout = 2;
2449           break;
2450         } else {
2451           predMap.push_back(std::make_pair(predV, P));
2452           ++NumWith;
2453         }
2454       }
2455
2456       // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2457       // we would need to insert instructions in more than one pred.
2458       if (NumWithout != 1 || NumWith == 0)
2459         continue;
2460
2461       // Don't do PRE across indirect branch.
2462       if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2463         continue;
2464
2465       // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2466       // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2467       // on the function.
2468       unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2469       if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2470         toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2471         continue;
2472       }
2473
2474       // Instantiate the expression in the predecessor that lacked it.
2475       // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2476       // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2477       // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2478       // in this loop.
2479       Instruction *PREInstr = CurInst->clone();
2480       bool success = true;
2481       for (unsigned i = 0, e = CurInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2482         Value *Op = PREInstr->getOperand(i);
2483         if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2484           continue;
2485
2486         if (Value *V = findLeader(PREPred, VN.lookup(Op))) {
2487           PREInstr->setOperand(i, V);
2488         } else {
2489           success = false;
2490           break;
2491         }
2492       }
2493
2494       // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2495       // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2496       // are not value numbered precisely.
2497       if (!success) {
2498         DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2499         delete PREInstr;
2500         continue;
2501       }
2502
2503       PREInstr->insertBefore(PREPred->getTerminator());
2504       PREInstr->setName(CurInst->getName() + ".pre");
2505       PREInstr->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2506       VN.add(PREInstr, ValNo);
2507       ++NumGVNPRE;
2508
2509       // Update the availability map to include the new instruction.
2510       addToLeaderTable(ValNo, PREInstr, PREPred);
2511
2512       // Create a PHI to make the value available in this block.
2513       PHINode* Phi = PHINode::Create(CurInst->getType(), predMap.size(),
2514                                      CurInst->getName() + ".pre-phi",
2515                                      CurrentBlock->begin());
2516       for (unsigned i = 0, e = predMap.size(); i != e; ++i) {
2517         if (Value *V = predMap[i].first)
2518           Phi->addIncoming(V, predMap[i].second);
2519         else
2520           Phi->addIncoming(PREInstr, PREPred);
2521       }
2522
2523       VN.add(Phi, ValNo);
2524       addToLeaderTable(ValNo, Phi, CurrentBlock);
2525       Phi->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2526       CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2527       if (Phi->getType()->getScalarType()->isPointerTy()) {
2528         // Because we have added a PHI-use of the pointer value, it has now
2529         // "escaped" from alias analysis' perspective.  We need to inform
2530         // AA of this.
2531         for (unsigned ii = 0, ee = Phi->getNumIncomingValues(); ii != ee;
2532              ++ii) {
2533           unsigned jj = PHINode::getOperandNumForIncomingValue(ii);
2534           VN.getAliasAnalysis()->addEscapingUse(Phi->getOperandUse(jj));
2535         }
2536
2537         if (MD)
2538           MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2539       }
2540       VN.erase(CurInst);
2541       removeFromLeaderTable(ValNo, CurInst, CurrentBlock);
2542
2543       DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2544       if (MD) MD->removeInstruction(CurInst);
2545       DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2546       CurInst->eraseFromParent();
2547       Changed = true;
2548     }
2549   }
2550
2551   if (splitCriticalEdges())
2552     Changed = true;
2553
2554   return Changed;
2555 }
2556
2557 /// Split the critical edge connecting the given two blocks, and return
2558 /// the block inserted to the critical edge.
2559 BasicBlock *GVN::splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ) {
2560   BasicBlock *BB = SplitCriticalEdge(Pred, Succ, this);
2561   if (MD)
2562     MD->invalidateCachedPredecessors();
2563   return BB;
2564 }
2565
2566 /// splitCriticalEdges - Split critical edges found during the previous
2567 /// iteration that may enable further optimization.
2568 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2569   if (toSplit.empty())
2570     return false;
2571   do {
2572     std::pair<TerminatorInst*, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2573     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second, this);
2574   } while (!toSplit.empty());
2575   if (MD) MD->invalidateCachedPredecessors();
2576   return true;
2577 }
2578
2579 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
2580 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2581   cleanupGlobalSets();
2582
2583   // Top-down walk of the dominator tree
2584   bool Changed = false;
2585 #if 0
2586   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2587   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
2588   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2589        RE = RPOT.end(); RI != RE; ++RI)
2590     Changed |= processBlock(*RI);
2591 #else
2592   // Save the blocks this function have before transformation begins. GVN may
2593   // split critical edge, and hence may invalidate the RPO/DT iterator.
2594   //
2595   std::vector<BasicBlock *> BBVect;
2596   BBVect.reserve(256);
2597   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2598        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI)
2599     BBVect.push_back(DI->getBlock());
2600
2601   for (std::vector<BasicBlock *>::iterator I = BBVect.begin(), E = BBVect.end();
2602        I != E; I++)
2603     Changed |= processBlock(*I);
2604 #endif
2605
2606   return Changed;
2607 }
2608
2609 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2610   VN.clear();
2611   LeaderTable.clear();
2612   TableAllocator.Reset();
2613 }
2614
2615 /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur in our
2616 /// internal data structures.
2617 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2618   VN.verifyRemoved(Inst);
2619
2620   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2621   // ferreted away in it.
2622   for (DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry>::const_iterator
2623        I = LeaderTable.begin(), E = LeaderTable.end(); I != E; ++I) {
2624     const LeaderTableEntry *Node = &I->second;
2625     assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2626
2627     while (Node->Next) {
2628       Node = Node->Next;
2629       assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2630     }
2631   }
2632 }