Fix batch of converting RegisterPass<> to INTIALIZE_PASS().
[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/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
21 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
22 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
26 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
31 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
34 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
35 using namespace llvm;
36
37 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
38 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
39 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
40
41 static cl::opt<unsigned>
42 Threshold("jump-threading-threshold", 
43           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
44           cl::init(6), cl::Hidden);
45
46 // Turn on use of LazyValueInfo.
47 static cl::opt<bool>
48 EnableLVI("enable-jump-threading-lvi", cl::ReallyHidden);
49
50
51
52 namespace {
53   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
54   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
55   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
56   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
57   /// duplicating the contents of this block.
58   ///
59   /// An example of when this can occur is code like this:
60   ///
61   ///   if () { ...
62   ///     X = 4;
63   ///   }
64   ///   if (X < 3) {
65   ///
66   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
67   /// revectored to the false side of the second if.
68   ///
69   class JumpThreading : public FunctionPass {
70     TargetData *TD;
71     LazyValueInfo *LVI;
72 #ifdef NDEBUG
73     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
74 #else
75     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
76 #endif
77   public:
78     static char ID; // Pass identification
79     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
80
81     bool runOnFunction(Function &F);
82     
83     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
84       if (EnableLVI)
85         AU.addRequired<LazyValueInfo>();
86     }
87     
88     void FindLoopHeaders(Function &F);
89     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
90     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
91                     BasicBlock *SuccBB);
92     bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
93                                   const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs);
94     
95     typedef SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*,
96                                       BasicBlock*> > PredValueInfo;
97     
98     bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
99                                          PredValueInfo &Result);
100     bool ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB);
101     
102     
103     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
104     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
105
106     bool ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN);
107     bool ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO);
108     
109     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
110   };
111 }
112
113 char JumpThreading::ID = 0;
114 INITIALIZE_PASS(JumpThreading, "jump-threading",
115                 "Jump Threading", false, false);
116
117 // Public interface to the Jump Threading pass
118 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
119
120 /// runOnFunction - Top level algorithm.
121 ///
122 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
123   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
124   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
125   LVI = EnableLVI ? &getAnalysis<LazyValueInfo>() : 0;
126   
127   FindLoopHeaders(F);
128   
129   bool Changed, EverChanged = false;
130   do {
131     Changed = false;
132     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
133       BasicBlock *BB = I;
134       // Thread all of the branches we can over this block. 
135       while (ProcessBlock(BB))
136         Changed = true;
137       
138       ++I;
139       
140       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
141       // edges which simplifies the CFG.
142       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
143           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
144         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
145               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
146         LoopHeaders.erase(BB);
147         DeleteDeadBlock(BB);
148         Changed = true;
149       } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
150         // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
151         // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
152         // this dead.
153         if (BI->isUnconditional() && 
154             BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
155           BasicBlock::iterator BBI = BB->getFirstNonPHI();
156           // Ignore dbg intrinsics.
157           while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
158             ++BBI;
159           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
160           if (BBI->isTerminator()) {
161             // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
162             // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
163             // reinsert afterward if needed.
164             bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
165             BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
166             
167             if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
168               Changed = true;
169               // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
170               // successor is now the header of the loop.
171               BB = Succ;
172             }
173             
174             if (ErasedFromLoopHeaders)
175               LoopHeaders.insert(BB);
176           }
177         }
178       }
179     }
180     EverChanged |= Changed;
181   } while (Changed);
182   
183   LoopHeaders.clear();
184   return EverChanged;
185 }
186
187 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
188 /// thread across it.
189 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
190   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
191   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
192   
193   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
194   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
195   
196   
197   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
198   // include the terminator because the copy won't include it.
199   unsigned Size = 0;
200   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
201     // Debugger intrinsics don't incur code size.
202     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
203     
204     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
205     if (isa<BitCastInst>(I) && I->getType()->isPointerTy())
206       continue;
207     
208     // All other instructions count for at least one unit.
209     ++Size;
210     
211     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
212     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
213     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
214     // them as having cost 1.
215     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
216       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
217         Size += 3;
218       else if (!CI->getType()->isVectorTy())
219         Size += 1;
220     }
221   }
222   
223   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
224   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
225   if (isa<SwitchInst>(I))
226     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
227   
228   return Size;
229 }
230
231 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
232 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
233 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
234 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
235 /// by finding targets of backedges in the CFG.
236 ///
237 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
238 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
239 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
240 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
241 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
242 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
243 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
244 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
245 ///
246 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
247   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
248   FindFunctionBackedges(F, Edges);
249   
250   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
251     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
252 }
253
254 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
255 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt in any of our
256 /// predecessors.  If so, return the known list of value and pred BB in the
257 /// result vector.  If a value is known to be undef, it is returned as null.
258 ///
259 /// This returns true if there were any known values.
260 ///
261 bool JumpThreading::
262 ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,PredValueInfo &Result){
263   // If V is a constantint, then it is known in all predecessors.
264   if (isa<ConstantInt>(V) || isa<UndefValue>(V)) {
265     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
266     
267     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
268       Result.push_back(std::make_pair(CI, *PI));
269     return true;
270   }
271   
272   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
273   // then it can't be derived from a PHI.
274   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
275   if (I == 0 || I->getParent() != BB) {
276     
277     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
278     // of any of our predecessors.
279     //
280     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
281     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
282     /// predecessor based on its terminator.
283     //
284     if (LVI) {
285       // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
286       // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
287       // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
288       // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
289       // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
290       
291       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
292         BasicBlock *P = *PI;
293         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
294         // predecessor, use that information to try to thread this block.
295         Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, P, BB);
296         if (PredCst == 0 ||
297             (!isa<ConstantInt>(PredCst) && !isa<UndefValue>(PredCst)))
298           continue;
299         
300         Result.push_back(std::make_pair(dyn_cast<ConstantInt>(PredCst), P));
301       }
302       
303       return !Result.empty();
304     }
305     
306     return false;
307   }
308   
309   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
310   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
311     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
312       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
313       if (isa<ConstantInt>(InVal) || isa<UndefValue>(InVal)) {
314         ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(InVal);
315         Result.push_back(std::make_pair(CI, PN->getIncomingBlock(i)));
316       }
317     }
318     return !Result.empty();
319   }
320   
321   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> LHSVals, RHSVals;
322
323   // Handle some boolean conditions.
324   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) { 
325     // X | true -> true
326     // X & false -> false
327     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
328         I->getOpcode() == Instruction::And) {
329       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals);
330       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals);
331       
332       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
333         return false;
334       
335       ConstantInt *InterestingVal;
336       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
337         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
338       else
339         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
340       
341       // Scan for the sentinel.  If we find an undef, force it to the
342       // interesting value: x|undef -> true and x&undef -> false.
343       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
344         if (LHSVals[i].first == InterestingVal || LHSVals[i].first == 0) {
345           Result.push_back(LHSVals[i]);
346           Result.back().first = InterestingVal;
347         }
348       for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
349         if (RHSVals[i].first == InterestingVal || RHSVals[i].first == 0) {
350           // If we already inferred a value for this block on the LHS, don't
351           // re-add it.
352           bool HasValue = false;
353           for (unsigned r = 0, e = Result.size(); r != e; ++r)
354             if (Result[r].second == RHSVals[i].second) {
355               HasValue = true;
356               break;
357             }
358           
359           if (!HasValue) {
360             Result.push_back(RHSVals[i]);
361             Result.back().first = InterestingVal;
362           }
363         }
364       return !Result.empty();
365     }
366     
367     // Handle the NOT form of XOR.
368     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
369         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
370         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
371       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result);
372       if (Result.empty())
373         return false;
374
375       // Invert the known values.
376       for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
377         if (Result[i].first)
378           Result[i].first =
379             cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(Result[i].first));
380       return true;
381     }
382   }
383   
384   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
385   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
386     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
387     if (PN && PN->getParent() == BB) {
388       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
389       // See if any do.
390       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
391         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
392         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
393         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
394         
395         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, TD);
396         if (Res == 0) {
397           if (!LVI || !isa<Constant>(RHS))
398             continue;
399           
400           LazyValueInfo::Tristate 
401             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
402                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB);
403           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
404             continue;
405           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
406         }
407         
408         if (isa<UndefValue>(Res))
409           Result.push_back(std::make_pair((ConstantInt*)0, PredBB));
410         else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Res))
411           Result.push_back(std::make_pair(CI, PredBB));
412       }
413       
414       return !Result.empty();
415     }
416     
417     
418     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
419     // live-in value on any predecessors.
420     if (LVI && isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) &&
421         Cmp->getType()->isIntegerTy() && // Not vector compare.
422         (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
423          cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
424       Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
425
426       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
427         BasicBlock *P = *PI;
428         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
429         // predecessor, use that information to try to thread this block.
430         LazyValueInfo::Tristate
431           Res = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
432                                         RHSCst, P, BB);
433         if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
434           continue;
435
436         Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
437         Result.push_back(std::make_pair(cast<ConstantInt>(ResC), P));
438       }
439
440       return !Result.empty();
441     }
442   }
443   return false;
444 }
445
446
447
448 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
449 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
450 ///
451 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
452 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
453 ///
454 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
455   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
456   unsigned MinSucc = 0;
457   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
458   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
459   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
460   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
461     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
462     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
463     if (NumPreds < MinNumPreds)
464       MinSucc = i;
465   }
466   
467   return MinSucc;
468 }
469
470 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
471 /// through to a successor, transform them now.
472 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
473   // If the block is trivially dead, just return and let the caller nuke it.
474   // This simplifies other transformations.
475   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
476       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
477     return false;
478   
479   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
480   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
481   // because now the condition in this block can be threaded through
482   // predecessors of our predecessor block.
483   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
484     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
485         SinglePred != BB) {
486       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
487       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
488         LoopHeaders.insert(BB);
489       
490       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
491       // will need to move BB back to the entry position.
492       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
493       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
494       
495       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
496         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
497       return true;
498     }
499   }
500
501   // Look to see if the terminator is a branch of switch, if not we can't thread
502   // it.
503   Value *Condition;
504   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
505     // Can't thread an unconditional jump.
506     if (BI->isUnconditional()) return false;
507     Condition = BI->getCondition();
508   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
509     Condition = SI->getCondition();
510   else
511     return false; // Must be an invoke.
512   
513   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
514   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
515   // other blocks.
516   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
517     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
518           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
519     ++NumFolds;
520     ConstantFoldTerminator(BB);
521     return true;
522   }
523   
524   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
525   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
526   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
527     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
528     
529     // Fold the branch/switch.
530     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
531     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
532       if (i == BestSucc) continue;
533       RemovePredecessorAndSimplify(BBTerm->getSuccessor(i), BB, TD);
534     }
535     
536     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
537           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
538     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
539     BBTerm->eraseFromParent();
540     return true;
541   }
542   
543   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
544
545   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
546   // predecessor has the same condition:
547   //     br COND, BBX, BBY
548   //  BBX:
549   //     br COND, BBZ, BBW
550   if (!LVI &&
551       !Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
552       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
553     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
554     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
555       for (; PI != E; ++PI) {
556         BasicBlock *P = *PI;
557         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator()))
558           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
559               ProcessBranchOnDuplicateCond(P, BB))
560             return true;
561       }
562     } else {
563       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
564       for (; PI != E; ++PI) {
565         BasicBlock *P = *PI;
566         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>(P->getTerminator()))
567           if (PSI->getCondition() == Condition &&
568               ProcessSwitchOnDuplicateCond(P, BB))
569             return true;
570       }
571     }
572   }
573
574   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
575   if (CondInst == 0) {
576     // FIXME: Unify this with code below.
577     if (LVI && ProcessThreadableEdges(Condition, BB))
578       return true;
579     return false;
580   }  
581     
582   
583   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
584     if (!LVI &&
585         (!isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) ||
586          cast<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
587       // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
588       // a condition with a lexically identical value.
589       pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
590       for (; PI != E; ++PI) {
591         BasicBlock *P = *PI;
592         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator()))
593           if (PBI->isConditional() && P != BB) {
594             if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
595               if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
596                   CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
597                   CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
598                 // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
599                 if (ProcessBranchOnDuplicateCond(P, BB))
600                   return true;
601               }
602             }
603           }
604       }
605     }
606   }
607
608   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
609   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
610   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
611   // which can then be used to thread the values.
612   //
613   Value *SimplifyValue = CondInst;
614   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
615     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
616       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
617   
618   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
619   // more complex comparisons.
620   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
621     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
622       return true;
623   
624   
625   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
626   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
627   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
628   //
629   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB))
630     return true;
631   
632   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
633   // block, see if we can simplify.
634   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
635     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
636       return ProcessBranchOnPHI(PN);
637   
638   
639   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
640   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
641       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
642     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
643   
644   
645   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
646   // "(X == 4)", thread through this block.
647   
648   return false;
649 }
650
651 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
652 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
653 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
654 ///  PREDBB:
655 ///     br COND, DESTBB, BBY
656 ///  DESTBB:
657 ///     br COND, BBZ, BBW
658 ///
659 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
660 /// in DESTBB, we have to thread over it.
661 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
662                                                  BasicBlock *BB) {
663   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
664   
665   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
666   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
667   // simplifications.
668   bool BranchDir;
669   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
670     BranchDir = true;
671   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
672     BranchDir = false;
673   else {
674     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << PredBB->getName()
675           << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator() << '\n');
676     ++NumFolds;
677     ConstantFoldTerminator(PredBB);
678     return true;
679   }
680    
681   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
682
683   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
684   // constant and fold it.
685   if (BB->getSinglePredecessor()) {
686     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
687           << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
688           << *BB->getTerminator() << '\n');
689     ++NumFolds;
690     Value *OldCond = DestBI->getCondition();
691     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
692                                           BranchDir));
693     // Delete dead instructions before we fold the branch.  Folding the branch
694     // can eliminate edges from the CFG which can end up deleting OldCond.
695     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
696     ConstantFoldTerminator(BB);
697     return true;
698   }
699  
700   
701   // Next, figure out which successor we are threading to.
702   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
703   
704   SmallVector<BasicBlock*, 2> Preds;
705   Preds.push_back(PredBB);
706   
707   // Ok, try to thread it!
708   return ThreadEdge(BB, Preds, SuccBB);
709 }
710
711 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
712 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
713 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
714 ///  PREDBB:
715 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
716 ///  DESTBB:
717 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
718 ///
719 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
720 /// switches out of repeated 'if' conditions.
721 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
722                                                  BasicBlock *DestBB) {
723   // Can't thread edge to self.
724   if (PredBB == DestBB)
725     return false;
726   
727   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
728   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
729
730   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
731   // blocks: we order them from most to least preferable.
732   
733   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
734   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
735   // growth.  Skip debug info first.
736   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
737   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
738     BBI++;
739   
740   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
741   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
742     bool MadeChange = false;
743     // Ignore the default edge for now.
744     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
745       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
746       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
747       
748       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
749       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
750       // by the default case, we can't update PredSI.
751       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
752       if (PredCase == 0) continue;
753       
754       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
755       // case on this condition.
756       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
757           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
758         continue;
759       
760       // Do not forward this if it already goes to this destination, this would
761       // be an infinite loop.
762       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) == DestSucc)
763         continue;
764
765       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
766       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
767       DEBUG(dbgs() << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI);
768       DEBUG(dbgs() << "THROUGH: " << *DestSI);
769
770       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
771       // simplicity.
772       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
773         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
774         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
775       }
776       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
777       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
778       MadeChange = true;
779     }
780     
781     if (MadeChange)
782       return true;
783   }
784   
785   return false;
786 }
787
788
789 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
790 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
791 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
792 /// interlaced with other jump threading tasks.
793 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
794   // Don't hack volatile loads.
795   if (LI->isVolatile()) return false;
796   
797   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
798   // partially redundant.
799   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
800   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
801     return false;
802   
803   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
804
805   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
806   // TODO: Could do simple PHI translation, that would be fun :)
807   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
808     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
809       return false;
810   
811   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
812   // the entry to its block.
813   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
814
815   if (Value *AvailableVal = 
816         FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, BBIt, 6)) {
817     // If the value if the load is locally available within the block, just use
818     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
819     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
820     
821     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
822     // only happen in dead loops.
823     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
824     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
825     LI->eraseFromParent();
826     return true;
827   }
828
829   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
830   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
831   // might clobber its value.
832   if (BBIt != LoadBB->begin())
833     return false;
834   
835   
836   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
837   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
838   AvailablePredsTy AvailablePreds;
839   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
840   
841   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
842   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
843   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
844        PI != PE; ++PI) {
845     BasicBlock *PredBB = *PI;
846
847     // If we already scanned this predecessor, skip it.
848     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
849       continue;
850
851     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
852     BBIt = PredBB->end();
853     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
854     if (!PredAvailable) {
855       OneUnavailablePred = PredBB;
856       continue;
857     }
858     
859     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
860     // can create a PHI node.
861     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
862   }
863   
864   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
865   // redundant.
866   if (AvailablePreds.empty()) return false;
867   
868   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
869   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
870   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
871   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
872   // code size.
873   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
874   
875   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
876   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
877   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
878   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
879       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
880     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
881   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
882     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
883     // edge from the one.
884     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
885     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
886
887     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
888       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
889
890     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
891     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
892          PI != PE; ++PI) {
893       BasicBlock *P = *PI;
894       // If the predecessor is an indirect goto, we can't split the edge.
895       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator()))
896         return false;
897       
898       if (!AvailablePredSet.count(P))
899         PredsToSplit.push_back(P);
900     }
901     
902     // Split them out to their own block.
903     UnavailablePred =
904       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
905                              "thread-pre-split", this);
906   }
907   
908   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
909   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
910   // it to the AvailablePreds list.
911   if (UnavailablePred) {
912     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
913            "Can't handle critical edge here!");
914     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr", false,
915                                  LI->getAlignment(),
916                                  UnavailablePred->getTerminator());
917     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
918   }
919   
920   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
921   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
922   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
923   
924   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
925   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
926   PN->takeName(LI);
927   
928   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
929   // have multiple entries here.
930   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
931        ++PI) {
932     BasicBlock *P = *PI;
933     AvailablePredsTy::iterator I = 
934       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
935                        std::make_pair(P, (Value*)0));
936     
937     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == P &&
938            "Didn't find entry for predecessor!");
939     
940     PN->addIncoming(I->second, I->first);
941   }
942   
943   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
944   
945   LI->replaceAllUsesWith(PN);
946   LI->eraseFromParent();
947   
948   return true;
949 }
950
951 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
952 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
953 /// the list.
954 static BasicBlock *
955 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
956                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
957                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
958   assert(!PredToDestList.empty());
959   
960   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
961   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
962   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
963   // them later if interesting.
964   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
965   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
966     if (PredToDestList[i].second)
967       DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
968   
969   // Find the most popular dest.
970   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
971   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
972   unsigned Popularity = DPI->second;
973   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
974   
975   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
976     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
977     // seen so far, ignore it.
978     if (DPI->second < Popularity)
979       ; // ignore.
980     else if (DPI->second == Popularity) {
981       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
982       SamePopularity.push_back(DPI->first);
983     } else {
984       // If it is more popular, remember it.
985       SamePopularity.clear();
986       MostPopularDest = DPI->first;
987       Popularity = DPI->second;
988     }      
989   }
990   
991   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than
992   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
993   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
994   // successor list.
995   if (!SamePopularity.empty()) {
996     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
997     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
998     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
999       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
1000       
1001       if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
1002                     TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
1003         continue;
1004       
1005       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
1006       break;
1007     }
1008   }
1009   
1010   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
1011   return MostPopularDest;
1012 }
1013
1014 bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB) {
1015   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
1016   // thread the edge.
1017   if (LoopHeaders.count(BB))
1018     return false;
1019   
1020   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> PredValues;
1021   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues))
1022     return false;
1023   assert(!PredValues.empty() &&
1024          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1025
1026   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
1027         for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1028           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = ";
1029           if (PredValues[i].first)
1030             dbgs() << *PredValues[i].first;
1031           else
1032             dbgs() << "UNDEF";
1033           dbgs() << " for pred '" << PredValues[i].second->getName()
1034           << "'.\n";
1035         });
1036   
1037   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
1038   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
1039   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1040   // as a null dest in the PredToDestList).
1041   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1042   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1043   
1044   BasicBlock *OnlyDest = 0;
1045   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1046   
1047   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1048     BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
1049     if (!SeenPreds.insert(Pred))
1050       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1051     
1052     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1053     // destination.
1054     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1055       continue;
1056     
1057     ConstantInt *Val = PredValues[i].first;
1058     
1059     BasicBlock *DestBB;
1060     if (Val == 0)      // Undef.
1061       DestBB = 0;
1062     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1063       DestBB = BI->getSuccessor(Val->isZero());
1064     else {
1065       SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
1066       DestBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(Val));
1067     }
1068
1069     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1070     if (i == 0)
1071       OnlyDest = DestBB;
1072     else if (OnlyDest != DestBB)
1073       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1074     
1075     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1076   }
1077   
1078   // If all edges were unthreadable, we fail.
1079   if (PredToDestList.empty())
1080     return false;
1081   
1082   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1083   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1084   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1085   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1086   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1087   
1088   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1089     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1090   
1091   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1092   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1093   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1094   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1095     if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
1096       BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
1097       
1098       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1099       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1100       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1101       TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
1102       for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1103         if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
1104           PredsToFactor.push_back(Pred);
1105     }
1106
1107   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1108   // the destination that these predecessors should get to.
1109   if (MostPopularDest == 0)
1110     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1111                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1112         
1113   // Ok, try to thread it!
1114   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1115 }
1116
1117 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1118 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1119 /// can do based on inputs to the phi node.
1120 /// 
1121 bool JumpThreading::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1122   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1123   
1124   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1125   // values.
1126   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1127   PredBBs.resize(1);
1128   
1129   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1130   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1131   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1132   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1133   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1134     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1135     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1136       if (PredBr->isUnconditional()) {
1137         PredBBs[0] = PredBB;
1138         // Try to duplicate BB into PredBB.
1139         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1140           return true;
1141       }
1142   }
1143
1144   return false;
1145 }
1146
1147 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1148 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1149 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1150 /// 
1151 bool JumpThreading::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1152   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1153   
1154   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1155   // optimization.
1156   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1157       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1158     return false;
1159   
1160   // If the first instruction in BB isn't a phi, we won't be able to infer
1161   // anything special about any particular predecessor.
1162   if (!isa<PHINode>(BB->front()))
1163     return false;
1164   
1165   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1166   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1167   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1168   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1169   //
1170   // This copies something like this:
1171   //
1172   //  BB:
1173   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1174   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1175   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1176   //    br i1 %Z, ...
1177   //
1178   // Into:
1179   //  BB':
1180   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1181   //    br i1 %Z, ...
1182
1183   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> XorOpValues;
1184   bool isLHS = true;
1185   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues)) {
1186     assert(XorOpValues.empty());
1187     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues))
1188       return false;
1189     isLHS = false;
1190   }
1191   
1192   assert(!XorOpValues.empty() &&
1193          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1194
1195   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1196   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1197   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1198   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1199     if (!XorOpValues[i].first) continue;  // Ignore undefs for the count.
1200     if (XorOpValues[i].first->isZero())
1201       ++NumFalse;
1202     else
1203       ++NumTrue;
1204   }
1205   
1206   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1207   ConstantInt *SplitVal = 0;
1208   if (NumTrue > NumFalse)
1209     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1210   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1211     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1212   
1213   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1214   // factor this once and clone it once.
1215   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1216   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1217     if (XorOpValues[i].first != SplitVal && XorOpValues[i].first != 0) continue;
1218
1219     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValues[i].second);
1220   }
1221   
1222   // If we inferred a value for all of the predecessors, then duplication won't
1223   // help us.  However, we can just replace the LHS or RHS with the constant.
1224   if (BlocksToFoldInto.size() ==
1225       cast<PHINode>(BB->front()).getNumIncomingValues()) {
1226     if (SplitVal == 0) {
1227       // If all preds provide undef, just nuke the xor, because it is undef too.
1228       BO->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BO->getType()));
1229       BO->eraseFromParent();
1230     } else if (SplitVal->isZero()) {
1231       // If all preds provide 0, replace the xor with the other input.
1232       BO->replaceAllUsesWith(BO->getOperand(isLHS));
1233       BO->eraseFromParent();
1234     } else {
1235       // If all preds provide 1, set the computed value to 1.
1236       BO->setOperand(!isLHS, SplitVal);
1237     }
1238     
1239     return true;
1240   }
1241   
1242   // Try to duplicate BB into PredBB.
1243   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1244 }
1245
1246
1247 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1248 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1249 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1250 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1251                                             BasicBlock *OldPred,
1252                                             BasicBlock *NewPred,
1253                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1254   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1255        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1256     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1257     // DestBlock.
1258     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1259     
1260     // Remap the value if necessary.
1261     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1262       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1263       if (I != ValueMap.end())
1264         IV = I->second;
1265     }
1266     
1267     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1268   }
1269 }
1270
1271 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1272 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1273 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1274 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, 
1275                                const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs, 
1276                                BasicBlock *SuccBB) {
1277   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1278   if (SuccBB == BB) {
1279     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1280           << "' - would thread to self!\n");
1281     return false;
1282   }
1283   
1284   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1285   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1286   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1287     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1288           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1289           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1290     return false;
1291   }
1292
1293   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1294   if (JumpThreadCost > Threshold) {
1295     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1296           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1297     return false;
1298   }
1299   
1300   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1301   BasicBlock *PredBB;
1302   if (PredBBs.size() == 1)
1303     PredBB = PredBBs[0];
1304   else {
1305     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1306           << " common predecessors.\n");
1307     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1308                                     ".thr_comm", this);
1309   }
1310   
1311   // And finally, do it!
1312   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1313         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1314         << ", across block:\n    "
1315         << *BB << "\n");
1316   
1317   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1318   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1319   // account for entry from PredBB.
1320   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1321   
1322   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), 
1323                                          BB->getName()+".thread", 
1324                                          BB->getParent(), BB);
1325   NewBB->moveAfter(PredBB);
1326   
1327   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1328   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1329     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1330   
1331   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1332   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1333   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1334     Instruction *New = BI->clone();
1335     New->setName(BI->getName());
1336     NewBB->getInstList().push_back(New);
1337     ValueMapping[BI] = New;
1338    
1339     // Remap operands to patch up intra-block references.
1340     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1341       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1342         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1343         if (I != ValueMapping.end())
1344           New->setOperand(i, I->second);
1345       }
1346   }
1347   
1348   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1349   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1350   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1351   
1352   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1353   // PHI nodes for NewBB now.
1354   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1355   
1356   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1357   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1358   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1359   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1360   SSAUpdater SSAUpdate;
1361   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1362   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1363     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1364     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1365     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1366          ++UI) {
1367       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1368       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1369         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1370           continue;
1371       } else if (User->getParent() == BB)
1372         continue;
1373       
1374       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1375     }
1376     
1377     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1378     if (UsesToRename.empty())
1379       continue;
1380     
1381     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1382
1383     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1384     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1385     // with the two values we know.
1386     SSAUpdate.Initialize(I);
1387     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1388     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1389     
1390     while (!UsesToRename.empty())
1391       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1392     DEBUG(dbgs() << "\n");
1393   }
1394   
1395   
1396   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1397   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1398   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1399   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1400   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1401     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1402       RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1403       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1404     }
1405   
1406   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1407   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1408   // frequently happens because of phi translation.
1409   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TD);
1410   
1411   // Threaded an edge!
1412   ++NumThreads;
1413   return true;
1414 }
1415
1416 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1417 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1418 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1419 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1420 /// a compare.
1421 bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
1422                                  const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
1423   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
1424
1425   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1426   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1427   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1428   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1429     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1430           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
1431           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1432     return false;
1433   }
1434   
1435   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1436   if (DuplicationCost > Threshold) {
1437     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1438           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1439     return false;
1440   }
1441   
1442   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1443   BasicBlock *PredBB;
1444   if (PredBBs.size() == 1)
1445     PredBB = PredBBs[0];
1446   else {
1447     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1448           << " common predecessors.\n");
1449     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1450                                     ".thr_comm", this);
1451   }
1452   
1453   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1454   // of PredBB.
1455   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1456         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1457         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1458   
1459   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
1460   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
1461   BranchInst *OldPredBranch = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1462   
1463   if (OldPredBranch == 0 || !OldPredBranch->isUnconditional()) {
1464     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB, this);
1465     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1466   }
1467   
1468   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1469   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1470   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1471   
1472   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1473   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1474     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1475   
1476   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1477   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1478   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1479     Instruction *New = BI->clone();
1480     
1481     // Remap operands to patch up intra-block references.
1482     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1483       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1484         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1485         if (I != ValueMapping.end())
1486           New->setOperand(i, I->second);
1487       }
1488
1489     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
1490     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
1491     // phi translation.
1492     if (Value *IV = SimplifyInstruction(New, TD)) {
1493       delete New;
1494       ValueMapping[BI] = IV;
1495     } else {
1496       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
1497       New->setName(BI->getName());
1498       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
1499       ValueMapping[BI] = New;
1500     }
1501   }
1502   
1503   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1504   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1505   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1506   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1507                                   ValueMapping);
1508   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1509                                   ValueMapping);
1510   
1511   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1512   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1513   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1514   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1515   SSAUpdater SSAUpdate;
1516   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1517   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1518     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1519     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1520     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1521          ++UI) {
1522       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1523       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1524         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1525           continue;
1526       } else if (User->getParent() == BB)
1527         continue;
1528       
1529       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1530     }
1531     
1532     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1533     if (UsesToRename.empty())
1534       continue;
1535     
1536     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1537     
1538     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1539     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1540     // with the two values we know.
1541     SSAUpdate.Initialize(I);
1542     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1543     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
1544     
1545     while (!UsesToRename.empty())
1546       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1547     DEBUG(dbgs() << "\n");
1548   }
1549   
1550   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1551   // that we nuked.
1552   RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1553   
1554   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1555   OldPredBranch->eraseFromParent();
1556   
1557   ++NumDupes;
1558   return true;
1559 }
1560
1561