7b9615b109cdbfc3513424ad3a8147638b339fcb
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
1 //===- JumpThreading.cpp - Thread control through conditional blocks ------===//
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 file implements the Jump Threading pass.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "jump-threading"
15 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
16 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
17 #include "llvm/LLVMContext.h"
18 #include "llvm/Pass.h"
19 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
20 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
21 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
22 #include "llvm/Target/TargetData.h"
23 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
24 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
25 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
26 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
27 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
28 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
29 #include "llvm/Support/Compiler.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
32 using namespace llvm;
33
34 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
35 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
36
37 static cl::opt<unsigned>
38 Threshold("jump-threading-threshold", 
39           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
40           cl::init(6), cl::Hidden);
41
42 namespace {
43   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
44   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
45   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
46   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
47   /// duplicating the contents of this block.
48   ///
49   /// An example of when this can occur is code like this:
50   ///
51   ///   if () { ...
52   ///     X = 4;
53   ///   }
54   ///   if (X < 3) {
55   ///
56   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
57   /// revectored to the false side of the second if.
58   ///
59   class VISIBILITY_HIDDEN JumpThreading : public FunctionPass {
60     TargetData *TD;
61 #ifdef NDEBUG
62     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
63 #else
64     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
65 #endif
66   public:
67     static char ID; // Pass identification
68     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
69
70     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
71       AU.addRequired<TargetData>();
72     }
73
74     bool runOnFunction(Function &F);
75     void FindLoopHeaders(Function &F);
76     
77     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
78     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, BasicBlock *SuccBB,
79                     unsigned JumpThreadCost);
80     BasicBlock *FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Value *Val);
81     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
82     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
83
84     bool ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN);
85     bool ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB, bool isAnd);
86     bool ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB);
87     
88     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
89   };
90 }
91
92 char JumpThreading::ID = 0;
93 static RegisterPass<JumpThreading>
94 X("jump-threading", "Jump Threading");
95
96 // Public interface to the Jump Threading pass
97 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
98
99 /// runOnFunction - Top level algorithm.
100 ///
101 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
102   DOUT << "Jump threading on function '" << F.getNameStart() << "'\n";
103   TD = &getAnalysis<TargetData>();
104   
105   FindLoopHeaders(F);
106   
107   bool AnotherIteration = true, EverChanged = false;
108   while (AnotherIteration) {
109     AnotherIteration = false;
110     bool Changed = false;
111     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
112       BasicBlock *BB = I;
113       while (ProcessBlock(BB))
114         Changed = true;
115       
116       ++I;
117       
118       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
119       // edges which simplifies the CFG.
120       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
121           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
122         DOUT << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getNameStart()
123              << "' with terminator: " << *BB->getTerminator();
124         LoopHeaders.erase(BB);
125         DeleteDeadBlock(BB);
126         Changed = true;
127       }
128     }
129     AnotherIteration = Changed;
130     EverChanged |= Changed;
131   }
132   
133   LoopHeaders.clear();
134   return EverChanged;
135 }
136
137 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
138 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
139 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
140 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
141 /// by finding targets of backedges in the CFG.
142 ///
143 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
144 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
145 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
146 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
147 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
148 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
149 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
150 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
151 ///
152 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
153   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
154   FindFunctionBackedges(F, Edges);
155   
156   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
157     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
158 }
159
160
161 /// FactorCommonPHIPreds - If there are multiple preds with the same incoming
162 /// value for the PHI, factor them together so we get one block to thread for
163 /// the whole group.
164 /// This is important for things like "phi i1 [true, true, false, true, x]"
165 /// where we only need to clone the block for the true blocks once.
166 ///
167 BasicBlock *JumpThreading::FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Value *Val) {
168   SmallVector<BasicBlock*, 16> CommonPreds;
169   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
170     if (PN->getIncomingValue(i) == Val)
171       CommonPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
172   
173   if (CommonPreds.size() == 1)
174     return CommonPreds[0];
175     
176   DOUT << "  Factoring out " << CommonPreds.size()
177        << " common predecessors.\n";
178   return SplitBlockPredecessors(PN->getParent(),
179                                 &CommonPreds[0], CommonPreds.size(),
180                                 ".thr_comm", this);
181 }
182   
183
184 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
185 /// thread across it.
186 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
187   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
188   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
189
190   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
191   // include the terminator because the copy won't include it.
192   unsigned Size = 0;
193   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
194     // Debugger intrinsics don't incur code size.
195     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
196     
197     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
198     if (isa<BitCastInst>(I) && isa<PointerType>(I->getType()))
199       continue;
200     
201     // All other instructions count for at least one unit.
202     ++Size;
203     
204     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
205     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
206     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
207     // them as having cost 1.
208     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
209       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
210         Size += 3;
211       else if (!isa<VectorType>(CI->getType()))
212         Size += 1;
213     }
214   }
215   
216   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
217   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
218   if (isa<SwitchInst>(I))
219     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
220   
221   return Size;
222 }
223
224 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
225 /// through to a successor, transform them now.
226 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
227   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
228   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
229   // because now the condition in this block can be threaded through
230   // predecessors of our predecessor block.
231   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor())
232     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
233         SinglePred != BB) {
234       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
235       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
236         LoopHeaders.insert(BB);
237       
238       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
239       // will need to move BB back to the entry position.
240       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
241       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
242       
243       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
244         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
245       return true;
246     }
247   
248   // See if this block ends with a branch or switch.  If so, see if the
249   // condition is a phi node.  If so, and if an entry of the phi node is a
250   // constant, we can thread the block.
251   Value *Condition;
252   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
253     // Can't thread an unconditional jump.
254     if (BI->isUnconditional()) return false;
255     Condition = BI->getCondition();
256   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
257     Condition = SI->getCondition();
258   else
259     return false; // Must be an invoke.
260   
261   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
262   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
263   // other blocks.
264   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
265     DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
266          << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator();
267     ++NumFolds;
268     ConstantFoldTerminator(BB);
269     return true;
270   }
271   
272   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
273   // successors to branch to.  Since this is arbitrary, we pick the successor
274   // with the fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the
275   // others.
276   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
277     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
278     unsigned MinSucc = 0;
279     BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
280     // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
281     unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
282     for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
283       TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
284       unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
285       if (NumPreds < MinNumPreds)
286         MinSucc = i;
287     }
288     
289     // Fold the branch/switch.
290     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
291       if (i == MinSucc) continue;
292       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
293     }
294     
295     DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
296          << "' folding undef terminator: " << *BBTerm;
297     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(MinSucc), BBTerm);
298     BBTerm->eraseFromParent();
299     return true;
300   }
301   
302   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
303
304   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
305   // predecessor has the same condition:
306   //     br COND, BBX, BBY
307   //  BBX:
308   //     br COND, BBZ, BBW
309   if (!Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
310       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
311     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
312     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
313       for (; PI != E; ++PI)
314         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
315           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
316               ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
317             return true;
318     } else {
319       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
320       for (; PI != E; ++PI)
321         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
322           if (PSI->getCondition() == Condition &&
323               ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
324             return true;
325     }
326   }
327
328   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
329   if (CondInst == 0)
330     return false;
331   
332   // See if this is a phi node in the current block.
333   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
334     if (PN->getParent() == BB)
335       return ProcessJumpOnPHI(PN);
336   
337   // If this is a conditional branch whose condition is and/or of a phi, try to
338   // simplify it.
339   if ((CondInst->getOpcode() == Instruction::And || 
340        CondInst->getOpcode() == Instruction::Or) &&
341       isa<BranchInst>(BB->getTerminator()) &&
342       ProcessBranchOnLogical(CondInst, BB,
343                              CondInst->getOpcode() == Instruction::And))
344     return true;
345   
346   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
347     if (isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))) {
348       // If we have "br (phi != 42)" and the phi node has any constant values
349       // as operands, we can thread through this block.
350       // 
351       // If we have "br (cmp phi, x)" and the phi node contains x such that the
352       // comparison uniquely identifies the branch target, we can thread
353       // through this block.
354
355       if (ProcessBranchOnCompare(CondCmp, BB))
356         return true;      
357     }
358     
359     // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
360     // a condition with the same value.
361     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
362     for (; PI != E; ++PI)
363       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
364         if (PBI->isConditional() && *PI != BB) {
365           if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
366             if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
367                 CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
368                 CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
369               // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
370               if (ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
371                 return true;
372             }
373           }
374         }
375   }
376
377   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
378   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
379   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
380   // which can then be used to thread the values.
381   //
382   // This is particularly important because reg2mem inserts loads and stores all
383   // over the place, and this blocks jump threading if we don't zap them.
384   Value *SimplifyValue = CondInst;
385   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
386     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
387       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
388   
389   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
390     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
391       return true;
392   
393   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
394   // "(X == 4)" thread through this block.
395   
396   return false;
397 }
398
399 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
400 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
401 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
402 ///  PREDBB:
403 ///     br COND, DESTBB, BBY
404 ///  DESTBB:
405 ///     br COND, BBZ, BBW
406 ///
407 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
408 /// in DESTBB, we have to thread over it.
409 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
410                                                  BasicBlock *BB) {
411   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
412   
413   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
414   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
415   // simplifications.
416   bool BranchDir;
417   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
418     BranchDir = true;
419   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
420     BranchDir = false;
421   else {
422     DOUT << "  In block '" << PredBB->getNameStart()
423          << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator();
424     ++NumFolds;
425     ConstantFoldTerminator(PredBB);
426     return true;
427   }
428    
429   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
430
431   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
432   // constant and fold it.
433   if (BB->getSinglePredecessor()) {
434     DOUT << "  In block '" << BB->getNameStart()
435          << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
436          << *BB->getTerminator();
437     ++NumFolds;
438     DestBI->setCondition(Context->getConstantInt(Type::Int1Ty, BranchDir));
439     ConstantFoldTerminator(BB);
440     return true;
441   }
442   
443   // Otherwise we need to thread from PredBB to DestBB's successor which
444   // involves code duplication.  Check to see if it is worth it.
445   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
446   if (JumpThreadCost > Threshold) {
447     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
448          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
449     return false;
450   }
451   
452   // Next, figure out which successor we are threading to.
453   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
454   
455   // Ok, try to thread it!
456   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
457 }
458
459 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
460 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
461 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
462 ///  PREDBB:
463 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
464 ///  DESTBB:
465 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
466 ///
467 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
468 /// switches out of repeated 'if' conditions.
469 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
470                                                  BasicBlock *DestBB) {
471   // Can't thread edge to self.
472   if (PredBB == DestBB)
473     return false;
474   
475   
476   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
477   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
478
479   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
480   // blocks: we order them from most to least preferable.
481   
482   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
483   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
484   // growth.  Skip debug info first.
485   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
486   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
487     BBI++;
488   
489   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
490   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
491     bool MadeChange = false;
492     // Ignore the default edge for now.
493     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
494       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
495       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
496       
497       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
498       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
499       // by the default case, we can't update PredSI.
500       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
501       if (PredCase == 0) continue;
502       
503       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
504       // case on this condition.
505       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
506           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
507         continue;
508
509       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
510       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
511       DOUT << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI;
512       DOUT << "THROUGH: " << *DestSI;
513
514       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
515       // simplicity.
516       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
517         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
518         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
519       }
520       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
521       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
522       MadeChange = true;
523     }
524     
525     if (MadeChange)
526       return true;
527   }
528   
529   return false;
530 }
531
532
533 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
534 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
535 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
536 /// interlaced with other jump threading tasks.
537 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
538   // Don't hack volatile loads.
539   if (LI->isVolatile()) return false;
540   
541   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
542   // partially redundant.
543   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
544   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
545     return false;
546   
547   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
548
549   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
550   // FIXME: Could do PHI translation, that would be fun :)
551   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
552     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
553       return false;
554   
555   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
556   // the entry to its block.
557   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
558
559   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, 
560                                                      BBIt, 6)) {
561     // If the value if the load is locally available within the block, just use
562     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
563     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
564     
565     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
566     // only happen in dead loops.
567     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = Context->getUndef(LI->getType());
568     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
569     LI->eraseFromParent();
570     return true;
571   }
572
573   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
574   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
575   // might clobber its value.
576   if (BBIt != LoadBB->begin())
577     return false;
578   
579   
580   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
581   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
582   AvailablePredsTy AvailablePreds;
583   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
584   
585   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
586   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
587   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
588        PI != PE; ++PI) {
589     BasicBlock *PredBB = *PI;
590
591     // If we already scanned this predecessor, skip it.
592     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
593       continue;
594
595     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
596     BBIt = PredBB->end();
597     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
598     if (!PredAvailable) {
599       OneUnavailablePred = PredBB;
600       continue;
601     }
602     
603     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
604     // can create a PHI node.
605     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
606   }
607   
608   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
609   // redundant.
610   if (AvailablePreds.empty()) return false;
611   
612   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
613   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
614   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
615   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
616   // code size.
617   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
618   
619   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
620   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
621   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
622   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
623       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
624     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
625   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
626     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
627     // edge from the one.
628     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
629     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
630
631     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
632       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
633
634     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
635     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
636          PI != PE; ++PI)
637       if (!AvailablePredSet.count(*PI))
638         PredsToSplit.push_back(*PI);
639     
640     // Split them out to their own block.
641     UnavailablePred =
642       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
643                              "thread-split", this);
644   }
645   
646   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
647   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
648   // it to the AvailablePreds list.
649   if (UnavailablePred) {
650     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
651            "Can't handle critical edge here!");
652     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr",
653                                  UnavailablePred->getTerminator());
654     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
655   }
656   
657   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
658   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
659   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
660   
661   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
662   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
663   PN->takeName(LI);
664   
665   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
666   // have multiple entries here.
667   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
668        ++PI) {
669     AvailablePredsTy::iterator I = 
670       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
671                        std::make_pair(*PI, (Value*)0));
672     
673     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == *PI &&
674            "Didn't find entry for predecessor!");
675     
676     PN->addIncoming(I->second, I->first);
677   }
678   
679   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
680   
681   LI->replaceAllUsesWith(PN);
682   LI->eraseFromParent();
683   
684   return true;
685 }
686
687
688 /// ProcessJumpOnPHI - We have a conditional branch of switch on a PHI node in
689 /// the current block.  See if there are any simplifications we can do based on
690 /// inputs to the phi node.
691 /// 
692 bool JumpThreading::ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN) {
693   // See if the phi node has any constant values.  If so, we can determine where
694   // the corresponding predecessor will branch.
695   ConstantInt *PredCst = 0;
696   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
697     if ((PredCst = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i))))
698       break;
699   
700   // If no incoming value has a constant, we don't know the destination of any
701   // predecessors.
702   if (PredCst == 0)
703     return false;
704   
705   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
706   BasicBlock *BB = PN->getParent();
707   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
708   if (JumpThreadCost > Threshold) {
709     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
710          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
711     return false;
712   }
713   
714   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
715   // that will act the same.
716   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
717   
718   // Next, figure out which successor we are threading to.
719   BasicBlock *SuccBB;
720   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
721     SuccBB = BI->getSuccessor(PredCst == Context->getConstantIntFalse());
722   else {
723     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
724     SuccBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(PredCst));
725   }
726   
727   // Ok, try to thread it!
728   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
729 }
730
731 /// ProcessJumpOnLogicalPHI - PN's basic block contains a conditional branch
732 /// whose condition is an AND/OR where one side is PN.  If PN has constant
733 /// operands that permit us to evaluate the condition for some operand, thread
734 /// through the block.  For example with:
735 ///   br (and X, phi(Y, Z, false))
736 /// the predecessor corresponding to the 'false' will always jump to the false
737 /// destination of the branch.
738 ///
739 bool JumpThreading::ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB,
740                                            bool isAnd) {
741   // If this is a binary operator tree of the same AND/OR opcode, check the
742   // LHS/RHS.
743   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
744     if ((isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::And) ||
745         (!isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::Or)) {
746       if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(0), BB, isAnd))
747         return true;
748       if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(1), BB, isAnd))
749         return true;
750     }
751       
752   // If this isn't a PHI node, we can't handle it.
753   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V);
754   if (!PN || PN->getParent() != BB) return false;
755                                              
756   // We can only do the simplification for phi nodes of 'false' with AND or
757   // 'true' with OR.  See if we have any entries in the phi for this.
758   unsigned PredNo = ~0U;
759   ConstantInt *PredCst = Context->getConstantInt(Type::Int1Ty, !isAnd);
760   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
761     if (PN->getIncomingValue(i) == PredCst) {
762       PredNo = i;
763       break;
764     }
765   }
766   
767   // If no match, bail out.
768   if (PredNo == ~0U)
769     return false;
770   
771   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
772   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
773   if (JumpThreadCost > Threshold) {
774     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
775          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
776     return false;
777   }
778
779   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
780   // that will act the same.
781   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
782   
783   // Next, figure out which successor we are threading to.  If this was an AND,
784   // the constant must be FALSE, and we must be targeting the 'false' block.
785   // If this is an OR, the constant must be TRUE, and we must be targeting the
786   // 'true' block.
787   BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(isAnd);
788   
789   // Ok, try to thread it!
790   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
791 }
792
793 /// GetResultOfComparison - Given an icmp/fcmp predicate and the left and right
794 /// hand sides of the compare instruction, try to determine the result. If the
795 /// result can not be determined, a null pointer is returned.
796 static Constant *GetResultOfComparison(CmpInst::Predicate pred,
797                                        Value *LHS, Value *RHS,
798                                        LLVMContext *Context) {
799   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
800     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
801       return Context->getConstantExprCompare(pred, CLHS, CRHS);
802
803   if (LHS == RHS)
804     if (isa<IntegerType>(LHS->getType()) || isa<PointerType>(LHS->getType()))
805       return ICmpInst::isTrueWhenEqual(pred) ? 
806                  Context->getConstantIntTrue() : Context->getConstantIntFalse();
807
808   return 0;
809 }
810
811 /// ProcessBranchOnCompare - We found a branch on a comparison between a phi
812 /// node and a value.  If we can identify when the comparison is true between
813 /// the phi inputs and the value, we can fold the compare for that edge and
814 /// thread through it.
815 bool JumpThreading::ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB) {
816   PHINode *PN = cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
817   Value *RHS = Cmp->getOperand(1);
818   
819   // If the phi isn't in the current block, an incoming edge to this block
820   // doesn't control the destination.
821   if (PN->getParent() != BB)
822     return false;
823   
824   // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
825   // See if any do.
826   Value *PredVal = 0;
827   bool TrueDirection = false;
828   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
829     PredVal = PN->getIncomingValue(i);
830     
831     Constant *Res = GetResultOfComparison(Cmp->getPredicate(), PredVal,
832                                           RHS, Context);
833     if (!Res) {
834       PredVal = 0;
835       continue;
836     }
837     
838     // If this folded to a constant expr, we can't do anything.
839     if (ConstantInt *ResC = dyn_cast<ConstantInt>(Res)) {
840       TrueDirection = ResC->getZExtValue();
841       break;
842     }
843     // If this folded to undef, just go the false way.
844     if (isa<UndefValue>(Res)) {
845       TrueDirection = false;
846       break;
847     }
848     
849     // Otherwise, we can't fold this input.
850     PredVal = 0;
851   }
852   
853   // If no match, bail out.
854   if (PredVal == 0)
855     return false;
856   
857   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
858   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
859   if (JumpThreadCost > Threshold) {
860     DOUT << "  Not threading BB '" << BB->getNameStart()
861          << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n";
862     return false;
863   }
864   
865   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
866   // that will act the same.
867   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredVal);
868   
869   // Next, get our successor.
870   BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(!TrueDirection);
871   
872   // Ok, try to thread it!
873   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
874 }
875
876
877 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to thread an
878 /// edge from PredBB to SuccBB across BB.  Transform the IR to reflect this
879 /// change.
880 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, 
881                                BasicBlock *SuccBB, unsigned JumpThreadCost) {
882
883   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
884   if (SuccBB == BB) {
885     DOUT << "  Not threading across BB '" << BB->getNameStart()
886          << "' - would thread to self!\n";
887     return false;
888   }
889   
890   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
891   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
892   if (LoopHeaders.count(BB)) {
893     DOUT << "  Not threading from '" << PredBB->getNameStart()
894          << "' across loop header BB '" << BB->getNameStart()
895          << "' to dest BB '" << SuccBB->getNameStart()
896          << "' - it might create an irreducible loop!\n";
897     return false;
898   }
899
900   // And finally, do it!
901   DOUT << "  Threading edge from '" << PredBB->getNameStart() << "' to '"
902        << SuccBB->getNameStart() << "' with cost: " << JumpThreadCost
903        << ", across block:\n    "
904        << *BB << "\n";
905   
906   // Jump Threading can not update SSA properties correctly if the values
907   // defined in the duplicated block are used outside of the block itself.  For
908   // this reason, we spill all values that are used outside of BB to the stack.
909   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
910     if (!I->isUsedOutsideOfBlock(BB))
911       continue;
912     
913     // We found a use of I outside of BB.  Create a new stack slot to
914     // break this inter-block usage pattern.
915     DemoteRegToStack(*I);
916   }
917  
918   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
919   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
920   // account for entry from PredBB.
921   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
922   
923   BasicBlock *NewBB =
924     BasicBlock::Create(BB->getName()+".thread", BB->getParent(), BB);
925   NewBB->moveAfter(PredBB);
926   
927   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
928   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
929     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
930   
931   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
932   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
933   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
934     Instruction *New = BI->clone();
935     New->setName(BI->getNameStart());
936     NewBB->getInstList().push_back(New);
937     ValueMapping[BI] = New;
938    
939     // Remap operands to patch up intra-block references.
940     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
941       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
942         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
943         if (I != ValueMapping.end())
944           New->setOperand(i, I->second);
945       }
946   }
947   
948   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
949   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
950   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
951   
952   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
953   // PHI nodes for NewBB now.
954   for (BasicBlock::iterator PNI = SuccBB->begin(); isa<PHINode>(PNI); ++PNI) {
955     PHINode *PN = cast<PHINode>(PNI);
956     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
957     // DestBlock.
958     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
959     
960     // Remap the value if necessary.
961     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
962       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
963       if (I != ValueMapping.end())
964         IV = I->second;
965     }
966     PN->addIncoming(IV, NewBB);
967   }
968   
969   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
970   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
971   // us to simplify any PHI nodes in BB.
972   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
973   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
974     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
975       BB->removePredecessor(PredBB);
976       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
977     }
978   
979   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
980   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
981   // frequently happens because of phi translation.
982   BI = NewBB->begin();
983   for (BasicBlock::iterator E = NewBB->end(); BI != E; ) {
984     Instruction *Inst = BI++;
985     if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, BB->getContext(), TD)) {
986       Inst->replaceAllUsesWith(C);
987       Inst->eraseFromParent();
988       continue;
989     }
990     
991     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
992   }
993   
994   // Threaded an edge!
995   ++NumThreads;
996   return true;
997 }