lib/Transforms/Scalar/GVN.cpp

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