Move all of the header files which are involved in modelling the LLVM IR
[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/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
23 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
24 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
26 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
27 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
28 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
29 #include "llvm/Pass.h"
30 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
31 #include "llvm/Support/Debug.h"
32 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
33 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
34 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
35 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
36 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
37 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
38 using namespace llvm;
39
40 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
41 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
42 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
43
44 static cl::opt<unsigned>
45 Threshold("jump-threading-threshold",
46           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
47           cl::init(6), cl::Hidden);
48
49 namespace {
50   // These are at global scope so static functions can use them too.
51   typedef SmallVectorImpl<std::pair<Constant*, BasicBlock*> > PredValueInfo;
52   typedef SmallVector<std::pair<Constant*, BasicBlock*>, 8> PredValueInfoTy;
53
54   // This is used to keep track of what kind of constant we're currently hoping
55   // to find.
56   enum ConstantPreference {
57     WantInteger,
58     WantBlockAddress
59   };
60
61   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
62   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
63   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
64   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
65   /// duplicating the contents of this block.
66   ///
67   /// An example of when this can occur is code like this:
68   ///
69   ///   if () { ...
70   ///     X = 4;
71   ///   }
72   ///   if (X < 3) {
73   ///
74   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
75   /// revectored to the false side of the second if.
76   ///
77   class JumpThreading : public FunctionPass {
78     DataLayout *TD;
79     TargetLibraryInfo *TLI;
80     LazyValueInfo *LVI;
81 #ifdef NDEBUG
82     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
83 #else
84     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
85 #endif
86     DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > RecursionSet;
87
88     // RAII helper for updating the recursion stack.
89     struct RecursionSetRemover {
90       DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > &TheSet;
91       std::pair<Value*, BasicBlock*> ThePair;
92
93       RecursionSetRemover(DenseSet<std::pair<Value*, BasicBlock*> > &S,
94                           std::pair<Value*, BasicBlock*> P)
95         : TheSet(S), ThePair(P) { }
96
97       ~RecursionSetRemover() {
98         TheSet.erase(ThePair);
99       }
100     };
101   public:
102     static char ID; // Pass identification
103     JumpThreading() : FunctionPass(ID) {
104       initializeJumpThreadingPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
105     }
106
107     bool runOnFunction(Function &F);
108
109     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
110       AU.addRequired<LazyValueInfo>();
111       AU.addPreserved<LazyValueInfo>();
112       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
113     }
114
115     void FindLoopHeaders(Function &F);
116     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
117     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
118                     BasicBlock *SuccBB);
119     bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
120                                   const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs);
121
122     bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
123                                          PredValueInfo &Result,
124                                          ConstantPreference Preference);
125     bool ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB,
126                                 ConstantPreference Preference);
127
128     bool ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN);
129     bool ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO);
130
131     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
132   };
133 }
134
135 char JumpThreading::ID = 0;
136 INITIALIZE_PASS_BEGIN(JumpThreading, "jump-threading",
137                 "Jump Threading", false, false)
138 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LazyValueInfo)
139 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
140 INITIALIZE_PASS_END(JumpThreading, "jump-threading",
141                 "Jump Threading", false, false)
142
143 // Public interface to the Jump Threading pass
144 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
145
146 /// runOnFunction - Top level algorithm.
147 ///
148 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
149   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
150   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
151   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
152   LVI = &getAnalysis<LazyValueInfo>();
153
154   FindLoopHeaders(F);
155
156   bool Changed, EverChanged = false;
157   do {
158     Changed = false;
159     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
160       BasicBlock *BB = I;
161       // Thread all of the branches we can over this block.
162       while (ProcessBlock(BB))
163         Changed = true;
164
165       ++I;
166
167       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
168       // edges which simplifies the CFG.
169       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
170           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
171         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
172               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
173         LoopHeaders.erase(BB);
174         LVI->eraseBlock(BB);
175         DeleteDeadBlock(BB);
176         Changed = true;
177         continue;
178       }
179
180       BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
181
182       // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
183       // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
184       // this dead.
185       if (BI && BI->isUnconditional() &&
186           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
187           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
188           BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) {
189         // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
190         // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
191         // reinsert afterward if needed.
192         bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
193         BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
194
195         // FIXME: It is always conservatively correct to drop the info
196         // for a block even if it doesn't get erased.  This isn't totally
197         // awesome, but it allows us to use AssertingVH to prevent nasty
198         // dangling pointer issues within LazyValueInfo.
199         LVI->eraseBlock(BB);
200         if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
201           Changed = true;
202           // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
203           // successor is now the header of the loop.
204           BB = Succ;
205         }
206
207         if (ErasedFromLoopHeaders)
208           LoopHeaders.insert(BB);
209       }
210     }
211     EverChanged |= Changed;
212   } while (Changed);
213
214   LoopHeaders.clear();
215   return EverChanged;
216 }
217
218 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
219 /// thread across it. Stop scanning the block when passing the threshold.
220 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB,
221                                              unsigned Threshold) {
222   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
223   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
224
225   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
226   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
227
228   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
229   // include the terminator because the copy won't include it.
230   unsigned Size = 0;
231   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
232
233     // Stop scanning the block if we've reached the threshold.
234     if (Size > Threshold)
235       return Size;
236
237     // Debugger intrinsics don't incur code size.
238     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
239
240     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
241     if (isa<BitCastInst>(I) && I->getType()->isPointerTy())
242       continue;
243
244     // All other instructions count for at least one unit.
245     ++Size;
246
247     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
248     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
249     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
250     // them as having cost 1.
251     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
252       if (CI->hasFnAttr(Attribute::NoDuplicate))
253         // Blocks with NoDuplicate are modelled as having infinite cost, so they
254         // are never duplicated.
255         return ~0U;
256       else if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
257         Size += 3;
258       else if (!CI->getType()->isVectorTy())
259         Size += 1;
260     }
261   }
262
263   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
264   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
265   if (isa<SwitchInst>(I))
266     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
267
268   // The same holds for indirect branches, but slightly more so.
269   if (isa<IndirectBrInst>(I))
270     Size = Size > 8 ? Size-8 : 0;
271
272   return Size;
273 }
274
275 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
276 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
277 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
278 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
279 /// by finding targets of backedges in the CFG.
280 ///
281 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
282 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
283 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
284 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
285 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
286 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
287 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
288 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
289 ///
290 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
291   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
292   FindFunctionBackedges(F, Edges);
293
294   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
295     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
296 }
297
298 /// getKnownConstant - Helper method to determine if we can thread over a
299 /// terminator with the given value as its condition, and if so what value to
300 /// use for that. What kind of value this is depends on whether we want an
301 /// integer or a block address, but an undef is always accepted.
302 /// Returns null if Val is null or not an appropriate constant.
303 static Constant *getKnownConstant(Value *Val, ConstantPreference Preference) {
304   if (!Val)
305     return 0;
306
307   // Undef is "known" enough.
308   if (UndefValue *U = dyn_cast<UndefValue>(Val))
309     return U;
310
311   if (Preference == WantBlockAddress)
312     return dyn_cast<BlockAddress>(Val->stripPointerCasts());
313
314   return dyn_cast<ConstantInt>(Val);
315 }
316
317 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
318 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt/BlockAddress or undef
319 /// in any of our predecessors.  If so, return the known list of value and pred
320 /// BB in the result vector.
321 ///
322 /// This returns true if there were any known values.
323 ///
324 bool JumpThreading::
325 ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB, PredValueInfo &Result,
326                                 ConstantPreference Preference) {
327   // This method walks up use-def chains recursively.  Because of this, we could
328   // get into an infinite loop going around loops in the use-def chain.  To
329   // prevent this, keep track of what (value, block) pairs we've already visited
330   // and terminate the search if we loop back to them
331   if (!RecursionSet.insert(std::make_pair(V, BB)).second)
332     return false;
333
334   // An RAII help to remove this pair from the recursion set once the recursion
335   // stack pops back out again.
336   RecursionSetRemover remover(RecursionSet, std::make_pair(V, BB));
337
338   // If V is a constant, then it is known in all predecessors.
339   if (Constant *KC = getKnownConstant(V, Preference)) {
340     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
341       Result.push_back(std::make_pair(KC, *PI));
342
343     return true;
344   }
345
346   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
347   // then it can't be derived from a PHI.
348   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
349   if (I == 0 || I->getParent() != BB) {
350
351     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
352     // of any of our predecessors.
353     //
354     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
355     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
356     /// predecessor based on its terminator.
357     //
358     // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
359     // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
360     // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
361     // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
362     // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
363
364     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
365       BasicBlock *P = *PI;
366       // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
367       // predecessor, use that information to try to thread this block.
368       Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, P, BB);
369       if (Constant *KC = getKnownConstant(PredCst, Preference))
370         Result.push_back(std::make_pair(KC, P));
371     }
372
373     return !Result.empty();
374   }
375
376   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
377   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
378     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
379       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
380       if (Constant *KC = getKnownConstant(InVal, Preference)) {
381         Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
382       } else {
383         Constant *CI = LVI->getConstantOnEdge(InVal,
384                                               PN->getIncomingBlock(i), BB);
385         if (Constant *KC = getKnownConstant(CI, Preference))
386           Result.push_back(std::make_pair(KC, PN->getIncomingBlock(i)));
387       }
388     }
389
390     return !Result.empty();
391   }
392
393   PredValueInfoTy LHSVals, RHSVals;
394
395   // Handle some boolean conditions.
396   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) {
397     assert(Preference == WantInteger && "One-bit non-integer type?");
398     // X | true -> true
399     // X & false -> false
400     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
401         I->getOpcode() == Instruction::And) {
402       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals,
403                                       WantInteger);
404       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals,
405                                       WantInteger);
406
407       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
408         return false;
409
410       ConstantInt *InterestingVal;
411       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
412         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
413       else
414         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
415
416       SmallPtrSet<BasicBlock*, 4> LHSKnownBBs;
417
418       // Scan for the sentinel.  If we find an undef, force it to the
419       // interesting value: x|undef -> true and x&undef -> false.
420       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
421         if (LHSVals[i].first == InterestingVal ||
422             isa<UndefValue>(LHSVals[i].first)) {
423           Result.push_back(LHSVals[i]);
424           Result.back().first = InterestingVal;
425           LHSKnownBBs.insert(LHSVals[i].second);
426         }
427       for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
428         if (RHSVals[i].first == InterestingVal ||
429             isa<UndefValue>(RHSVals[i].first)) {
430           // If we already inferred a value for this block on the LHS, don't
431           // re-add it.
432           if (!LHSKnownBBs.count(RHSVals[i].second)) {
433             Result.push_back(RHSVals[i]);
434             Result.back().first = InterestingVal;
435           }
436         }
437
438       return !Result.empty();
439     }
440
441     // Handle the NOT form of XOR.
442     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
443         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
444         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
445       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result,
446                                       WantInteger);
447       if (Result.empty())
448         return false;
449
450       // Invert the known values.
451       for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
452         Result[i].first = ConstantExpr::getNot(Result[i].first);
453
454       return true;
455     }
456
457   // Try to simplify some other binary operator values.
458   } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
459     assert(Preference != WantBlockAddress
460             && "A binary operator creating a block address?");
461     if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(BO->getOperand(1))) {
462       PredValueInfoTy LHSVals;
463       ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, LHSVals,
464                                       WantInteger);
465
466       // Try to use constant folding to simplify the binary operator.
467       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i) {
468         Constant *V = LHSVals[i].first;
469         Constant *Folded = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), V, CI);
470
471         if (Constant *KC = getKnownConstant(Folded, WantInteger))
472           Result.push_back(std::make_pair(KC, LHSVals[i].second));
473       }
474     }
475
476     return !Result.empty();
477   }
478
479   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
480   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
481     assert(Preference == WantInteger && "Compares only produce integers");
482     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
483     if (PN && PN->getParent() == BB) {
484       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
485       // See if any do.
486       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
487         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
488         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
489         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
490
491         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, TD);
492         if (Res == 0) {
493           if (!isa<Constant>(RHS))
494             continue;
495
496           LazyValueInfo::Tristate
497             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
498                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB);
499           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
500             continue;
501           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
502         }
503
504         if (Constant *KC = getKnownConstant(Res, WantInteger))
505           Result.push_back(std::make_pair(KC, PredBB));
506       }
507
508       return !Result.empty();
509     }
510
511
512     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
513     // live-in value on any predecessors.
514     if (isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) && Cmp->getType()->isIntegerTy()) {
515       if (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
516           cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB) {
517         Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
518
519         for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);PI != E; ++PI){
520           BasicBlock *P = *PI;
521           // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
522           // predecessor, use that information to try to thread this block.
523           LazyValueInfo::Tristate Res =
524             LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
525                                     RHSCst, P, BB);
526           if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
527             continue;
528
529           Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
530           Result.push_back(std::make_pair(ResC, P));
531         }
532
533         return !Result.empty();
534       }
535
536       // Try to find a constant value for the LHS of a comparison,
537       // and evaluate it statically if we can.
538       if (Constant *CmpConst = dyn_cast<Constant>(Cmp->getOperand(1))) {
539         PredValueInfoTy LHSVals;
540         ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals,
541                                         WantInteger);
542
543         for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i) {
544           Constant *V = LHSVals[i].first;
545           Constant *Folded = ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(),
546                                                       V, CmpConst);
547           if (Constant *KC = getKnownConstant(Folded, WantInteger))
548             Result.push_back(std::make_pair(KC, LHSVals[i].second));
549         }
550
551         return !Result.empty();
552       }
553     }
554   }
555
556   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
557     // Handle select instructions where at least one operand is a known constant
558     // and we can figure out the condition value for any predecessor block.
559     Constant *TrueVal = getKnownConstant(SI->getTrueValue(), Preference);
560     Constant *FalseVal = getKnownConstant(SI->getFalseValue(), Preference);
561     PredValueInfoTy Conds;
562     if ((TrueVal || FalseVal) &&
563         ComputeValueKnownInPredecessors(SI->getCondition(), BB, Conds,
564                                         WantInteger)) {
565       for (unsigned i = 0, e = Conds.size(); i != e; ++i) {
566         Constant *Cond = Conds[i].first;
567
568         // Figure out what value to use for the condition.
569         bool KnownCond;
570         if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Cond)) {
571           // A known boolean.
572           KnownCond = CI->isOne();
573         } else {
574           assert(isa<UndefValue>(Cond) && "Unexpected condition value");
575           // Either operand will do, so be sure to pick the one that's a known
576           // constant.
577           // FIXME: Do this more cleverly if both values are known constants?
578           KnownCond = (TrueVal != 0);
579         }
580
581         // See if the select has a known constant value for this predecessor.
582         if (Constant *Val = KnownCond ? TrueVal : FalseVal)
583           Result.push_back(std::make_pair(Val, Conds[i].second));
584       }
585
586       return !Result.empty();
587     }
588   }
589
590   // If all else fails, see if LVI can figure out a constant value for us.
591   Constant *CI = LVI->getConstant(V, BB);
592   if (Constant *KC = getKnownConstant(CI, Preference)) {
593     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
594       Result.push_back(std::make_pair(KC, *PI));
595   }
596
597   return !Result.empty();
598 }
599
600
601
602 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
603 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
604 ///
605 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
606 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
607 ///
608 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
609   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
610   unsigned MinSucc = 0;
611   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
612   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
613   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
614   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
615     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
616     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
617     if (NumPreds < MinNumPreds) {
618       MinSucc = i;
619       MinNumPreds = NumPreds;
620     }
621   }
622
623   return MinSucc;
624 }
625
626 static bool hasAddressTakenAndUsed(BasicBlock *BB) {
627   if (!BB->hasAddressTaken()) return false;
628
629   // If the block has its address taken, it may be a tree of dead constants
630   // hanging off of it.  These shouldn't keep the block alive.
631   BlockAddress *BA = BlockAddress::get(BB);
632   BA->removeDeadConstantUsers();
633   return !BA->use_empty();
634 }
635
636 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
637 /// through to a successor, transform them now.
638 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
639   // If the block is trivially dead, just return and let the caller nuke it.
640   // This simplifies other transformations.
641   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
642       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
643     return false;
644
645   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
646   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
647   // because now the condition in this block can be threaded through
648   // predecessors of our predecessor block.
649   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
650     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
651         SinglePred != BB && !hasAddressTakenAndUsed(BB)) {
652       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
653       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
654         LoopHeaders.insert(BB);
655
656       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
657       // will need to move BB back to the entry position.
658       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
659       LVI->eraseBlock(SinglePred);
660       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
661
662       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
663         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
664       return true;
665     }
666   }
667
668   // What kind of constant we're looking for.
669   ConstantPreference Preference = WantInteger;
670
671   // Look to see if the terminator is a conditional branch, switch or indirect
672   // branch, if not we can't thread it.
673   Value *Condition;
674   Instruction *Terminator = BB->getTerminator();
675   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Terminator)) {
676     // Can't thread an unconditional jump.
677     if (BI->isUnconditional()) return false;
678     Condition = BI->getCondition();
679   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(Terminator)) {
680     Condition = SI->getCondition();
681   } else if (IndirectBrInst *IB = dyn_cast<IndirectBrInst>(Terminator)) {
682     // Can't thread indirect branch with no successors.
683     if (IB->getNumSuccessors() == 0) return false;
684     Condition = IB->getAddress()->stripPointerCasts();
685     Preference = WantBlockAddress;
686   } else {
687     return false; // Must be an invoke.
688   }
689
690   // Run constant folding to see if we can reduce the condition to a simple
691   // constant.
692   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Condition)) {
693     Value *SimpleVal = ConstantFoldInstruction(I, TD, TLI);
694     if (SimpleVal) {
695       I->replaceAllUsesWith(SimpleVal);
696       I->eraseFromParent();
697       Condition = SimpleVal;
698     }
699   }
700
701   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
702   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
703   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
704     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
705
706     // Fold the branch/switch.
707     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
708     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
709       if (i == BestSucc) continue;
710       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB, true);
711     }
712
713     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
714           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
715     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
716     BBTerm->eraseFromParent();
717     return true;
718   }
719
720   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
721   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
722   // other blocks.
723   if (getKnownConstant(Condition, Preference)) {
724     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
725           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
726     ++NumFolds;
727     ConstantFoldTerminator(BB, true);
728     return true;
729   }
730
731   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
732
733   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
734   if (CondInst == 0) {
735     // FIXME: Unify this with code below.
736     if (ProcessThreadableEdges(Condition, BB, Preference))
737       return true;
738     return false;
739   }
740
741
742   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
743     // For a comparison where the LHS is outside this block, it's possible
744     // that we've branched on it before.  Used LVI to see if we can simplify
745     // the branch based on that.
746     BranchInst *CondBr = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
747     Constant *CondConst = dyn_cast<Constant>(CondCmp->getOperand(1));
748     pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
749     if (CondBr && CondConst && CondBr->isConditional() && PI != PE &&
750         (!isa<Instruction>(CondCmp->getOperand(0)) ||
751          cast<Instruction>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
752       // For predecessor edge, determine if the comparison is true or false
753       // on that edge.  If they're all true or all false, we can simplify the
754       // branch.
755       // FIXME: We could handle mixed true/false by duplicating code.
756       LazyValueInfo::Tristate Baseline =
757         LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(), CondCmp->getOperand(0),
758                                 CondConst, *PI, BB);
759       if (Baseline != LazyValueInfo::Unknown) {
760         // Check that all remaining incoming values match the first one.
761         while (++PI != PE) {
762           LazyValueInfo::Tristate Ret =
763             LVI->getPredicateOnEdge(CondCmp->getPredicate(),
764                                     CondCmp->getOperand(0), CondConst, *PI, BB);
765           if (Ret != Baseline) break;
766         }
767
768         // If we terminated early, then one of the values didn't match.
769         if (PI == PE) {
770           unsigned ToRemove = Baseline == LazyValueInfo::True ? 1 : 0;
771           unsigned ToKeep = Baseline == LazyValueInfo::True ? 0 : 1;
772           CondBr->getSuccessor(ToRemove)->removePredecessor(BB, true);
773           BranchInst::Create(CondBr->getSuccessor(ToKeep), CondBr);
774           CondBr->eraseFromParent();
775           return true;
776         }
777       }
778     }
779   }
780
781   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
782   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
783   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
784   // which can then be used to thread the values.
785   //
786   Value *SimplifyValue = CondInst;
787   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
788     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
789       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
790
791   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
792   // more complex comparisons.
793   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
794     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
795       return true;
796
797
798   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
799   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
800   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
801   //
802   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB, Preference))
803     return true;
804
805   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
806   // block, see if we can simplify.
807   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
808     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
809       return ProcessBranchOnPHI(PN);
810
811
812   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
813   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
814       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
815     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
816
817
818   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
819   // "(X == 4)", thread through this block.
820
821   return false;
822 }
823
824
825 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
826 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
827 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
828 /// interlaced with other jump threading tasks.
829 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
830   // Don't hack volatile/atomic loads.
831   if (!LI->isSimple()) return false;
832
833   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
834   // partially redundant.
835   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
836   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
837     return false;
838
839   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
840
841   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
842   // TODO: Could do simple PHI translation, that would be fun :)
843   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
844     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
845       return false;
846
847   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
848   // the entry to its block.
849   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
850
851   if (Value *AvailableVal =
852         FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, BBIt, 6)) {
853     // If the value if the load is locally available within the block, just use
854     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
855     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
856
857     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
858     // only happen in dead loops.
859     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
860     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
861     LI->eraseFromParent();
862     return true;
863   }
864
865   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
866   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
867   // might clobber its value.
868   if (BBIt != LoadBB->begin())
869     return false;
870
871   // If all of the loads and stores that feed the value have the same TBAA tag,
872   // then we can propagate it onto any newly inserted loads.
873   MDNode *TBAATag = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
874
875   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
876   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
877   AvailablePredsTy AvailablePreds;
878   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
879
880   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
881   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
882   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
883        PI != PE; ++PI) {
884     BasicBlock *PredBB = *PI;
885
886     // If we already scanned this predecessor, skip it.
887     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
888       continue;
889
890     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
891     BBIt = PredBB->end();
892     MDNode *ThisTBAATag = 0;
893     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6,
894                                                     0, &ThisTBAATag);
895     if (!PredAvailable) {
896       OneUnavailablePred = PredBB;
897       continue;
898     }
899
900     // If tbaa tags disagree or are not present, forget about them.
901     if (TBAATag != ThisTBAATag) TBAATag = 0;
902
903     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
904     // can create a PHI node.
905     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
906   }
907
908   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
909   // redundant.
910   if (AvailablePreds.empty()) return false;
911
912   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
913   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
914   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
915   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
916   // code size.
917   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
918
919   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
920   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
921   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
922   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
923       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
924     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
925   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
926     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
927     // edge from the one.
928     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
929     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
930
931     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
932       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
933
934     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
935     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
936          PI != PE; ++PI) {
937       BasicBlock *P = *PI;
938       // If the predecessor is an indirect goto, we can't split the edge.
939       if (isa<IndirectBrInst>(P->getTerminator()))
940         return false;
941
942       if (!AvailablePredSet.count(P))
943         PredsToSplit.push_back(P);
944     }
945
946     // Split them out to their own block.
947     UnavailablePred =
948       SplitBlockPredecessors(LoadBB, PredsToSplit, "thread-pre-split", this);
949   }
950
951   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
952   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
953   // it to the AvailablePreds list.
954   if (UnavailablePred) {
955     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
956            "Can't handle critical edge here!");
957     LoadInst *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr", false,
958                                  LI->getAlignment(),
959                                  UnavailablePred->getTerminator());
960     NewVal->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
961     if (TBAATag)
962       NewVal->setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, TBAATag);
963
964     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
965   }
966
967   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
968   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
969   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
970
971   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
972   pred_iterator PB = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
973   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), std::distance(PB, PE), "",
974                                 LoadBB->begin());
975   PN->takeName(LI);
976   PN->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
977
978   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
979   // have multiple entries here.
980   for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
981     BasicBlock *P = *PI;
982     AvailablePredsTy::iterator I =
983       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
984                        std::make_pair(P, (Value*)0));
985
986     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == P &&
987            "Didn't find entry for predecessor!");
988
989     PN->addIncoming(I->second, I->first);
990   }
991
992   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
993
994   LI->replaceAllUsesWith(PN);
995   LI->eraseFromParent();
996
997   return true;
998 }
999
1000 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
1001 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
1002 /// the list.
1003 static BasicBlock *
1004 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
1005                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
1006                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
1007   assert(!PredToDestList.empty());
1008
1009   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
1010   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
1011   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
1012   // them later if interesting.
1013   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
1014   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1015     if (PredToDestList[i].second)
1016       DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
1017
1018   // Find the most popular dest.
1019   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
1020   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
1021   unsigned Popularity = DPI->second;
1022   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
1023
1024   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
1025     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
1026     // seen so far, ignore it.
1027     if (DPI->second < Popularity)
1028       ; // ignore.
1029     else if (DPI->second == Popularity) {
1030       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
1031       SamePopularity.push_back(DPI->first);
1032     } else {
1033       // If it is more popular, remember it.
1034       SamePopularity.clear();
1035       MostPopularDest = DPI->first;
1036       Popularity = DPI->second;
1037     }
1038   }
1039
1040   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than one
1041   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
1042   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
1043   // successor list.
1044   if (!SamePopularity.empty()) {
1045     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
1046     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1047     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
1048       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
1049
1050       if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
1051                     TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
1052         continue;
1053
1054       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
1055       break;
1056     }
1057   }
1058
1059   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
1060   return MostPopularDest;
1061 }
1062
1063 bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB,
1064                                            ConstantPreference Preference) {
1065   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
1066   // thread the edge.
1067   if (LoopHeaders.count(BB))
1068     return false;
1069
1070   PredValueInfoTy PredValues;
1071   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues, Preference))
1072     return false;
1073
1074   assert(!PredValues.empty() &&
1075          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1076
1077   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
1078         for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1079           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = "
1080             << *PredValues[i].first
1081             << " for pred '" << PredValues[i].second->getName() << "'.\n";
1082         });
1083
1084   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
1085   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
1086   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1087   // as a null dest in the PredToDestList).
1088   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1089   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1090
1091   BasicBlock *OnlyDest = 0;
1092   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1093
1094   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1095     BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
1096     if (!SeenPreds.insert(Pred))
1097       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1098
1099     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1100     // destination.
1101     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1102       continue;
1103
1104     Constant *Val = PredValues[i].first;
1105
1106     BasicBlock *DestBB;
1107     if (isa<UndefValue>(Val))
1108       DestBB = 0;
1109     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1110       DestBB = BI->getSuccessor(cast<ConstantInt>(Val)->isZero());
1111     else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
1112       DestBB = SI->findCaseValue(cast<ConstantInt>(Val)).getCaseSuccessor();
1113     } else {
1114       assert(isa<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())
1115               && "Unexpected terminator");
1116       DestBB = cast<BlockAddress>(Val)->getBasicBlock();
1117     }
1118
1119     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1120     if (PredToDestList.empty())
1121       OnlyDest = DestBB;
1122     else if (OnlyDest != DestBB)
1123       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1124
1125     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1126   }
1127
1128   // If all edges were unthreadable, we fail.
1129   if (PredToDestList.empty())
1130     return false;
1131
1132   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1133   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1134   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1135   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1136   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1137
1138   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1139     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1140
1141   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1142   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1143   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1144   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1145     if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
1146       BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
1147
1148       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1149       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1150       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1151       TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
1152       for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1153         if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
1154           PredsToFactor.push_back(Pred);
1155     }
1156
1157   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1158   // the destination that these predecessors should get to.
1159   if (MostPopularDest == 0)
1160     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1161                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1162
1163   // Ok, try to thread it!
1164   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1165 }
1166
1167 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1168 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1169 /// can do based on inputs to the phi node.
1170 ///
1171 bool JumpThreading::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1172   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1173
1174   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1175   // values.
1176   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1177   PredBBs.resize(1);
1178
1179   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1180   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1181   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1182   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1183   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1184     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1185     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1186       if (PredBr->isUnconditional()) {
1187         PredBBs[0] = PredBB;
1188         // Try to duplicate BB into PredBB.
1189         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1190           return true;
1191       }
1192   }
1193
1194   return false;
1195 }
1196
1197 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1198 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1199 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1200 ///
1201 bool JumpThreading::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1202   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1203
1204   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1205   // optimization.
1206   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1207       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1208     return false;
1209
1210   // If the first instruction in BB isn't a phi, we won't be able to infer
1211   // anything special about any particular predecessor.
1212   if (!isa<PHINode>(BB->front()))
1213     return false;
1214
1215   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1216   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1217   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1218   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1219   //
1220   // This copies something like this:
1221   //
1222   //  BB:
1223   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1224   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1225   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1226   //    br i1 %Z, ...
1227   //
1228   // Into:
1229   //  BB':
1230   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1231   //    br i1 %Z, ...
1232
1233   PredValueInfoTy XorOpValues;
1234   bool isLHS = true;
1235   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues,
1236                                        WantInteger)) {
1237     assert(XorOpValues.empty());
1238     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues,
1239                                          WantInteger))
1240       return false;
1241     isLHS = false;
1242   }
1243
1244   assert(!XorOpValues.empty() &&
1245          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1246
1247   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1248   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1249   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1250   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1251     if (isa<UndefValue>(XorOpValues[i].first))
1252       // Ignore undefs for the count.
1253       continue;
1254     if (cast<ConstantInt>(XorOpValues[i].first)->isZero())
1255       ++NumFalse;
1256     else
1257       ++NumTrue;
1258   }
1259
1260   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1261   ConstantInt *SplitVal = 0;
1262   if (NumTrue > NumFalse)
1263     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1264   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1265     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1266
1267   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1268   // factor this once and clone it once.
1269   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1270   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1271     if (XorOpValues[i].first != SplitVal &&
1272         !isa<UndefValue>(XorOpValues[i].first))
1273       continue;
1274
1275     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValues[i].second);
1276   }
1277
1278   // If we inferred a value for all of the predecessors, then duplication won't
1279   // help us.  However, we can just replace the LHS or RHS with the constant.
1280   if (BlocksToFoldInto.size() ==
1281       cast<PHINode>(BB->front()).getNumIncomingValues()) {
1282     if (SplitVal == 0) {
1283       // If all preds provide undef, just nuke the xor, because it is undef too.
1284       BO->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BO->getType()));
1285       BO->eraseFromParent();
1286     } else if (SplitVal->isZero()) {
1287       // If all preds provide 0, replace the xor with the other input.
1288       BO->replaceAllUsesWith(BO->getOperand(isLHS));
1289       BO->eraseFromParent();
1290     } else {
1291       // If all preds provide 1, set the computed value to 1.
1292       BO->setOperand(!isLHS, SplitVal);
1293     }
1294
1295     return true;
1296   }
1297
1298   // Try to duplicate BB into PredBB.
1299   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1300 }
1301
1302
1303 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1304 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1305 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1306 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1307                                             BasicBlock *OldPred,
1308                                             BasicBlock *NewPred,
1309                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1310   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1311        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1312     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1313     // DestBlock.
1314     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1315
1316     // Remap the value if necessary.
1317     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1318       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1319       if (I != ValueMap.end())
1320         IV = I->second;
1321     }
1322
1323     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1324   }
1325 }
1326
1327 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1328 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1329 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1330 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB,
1331                                const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
1332                                BasicBlock *SuccBB) {
1333   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1334   if (SuccBB == BB) {
1335     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1336           << "' - would thread to self!\n");
1337     return false;
1338   }
1339
1340   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1341   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1342   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1343     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1344           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1345           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1346     return false;
1347   }
1348
1349   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB, Threshold);
1350   if (JumpThreadCost > Threshold) {
1351     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1352           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1353     return false;
1354   }
1355
1356   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1357   BasicBlock *PredBB;
1358   if (PredBBs.size() == 1)
1359     PredBB = PredBBs[0];
1360   else {
1361     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1362           << " common predecessors.\n");
1363     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, PredBBs, ".thr_comm", this);
1364   }
1365
1366   // And finally, do it!
1367   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1368         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1369         << ", across block:\n    "
1370         << *BB << "\n");
1371
1372   LVI->threadEdge(PredBB, BB, SuccBB);
1373
1374   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1375   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1376   // account for entry from PredBB.
1377   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1378
1379   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1380                                          BB->getName()+".thread",
1381                                          BB->getParent(), BB);
1382   NewBB->moveAfter(PredBB);
1383
1384   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1385   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1386     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1387
1388   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1389   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1390   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1391     Instruction *New = BI->clone();
1392     New->setName(BI->getName());
1393     NewBB->getInstList().push_back(New);
1394     ValueMapping[BI] = New;
1395
1396     // Remap operands to patch up intra-block references.
1397     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1398       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1399         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1400         if (I != ValueMapping.end())
1401           New->setOperand(i, I->second);
1402       }
1403   }
1404
1405   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1406   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1407   BranchInst *NewBI =BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1408   NewBI->setDebugLoc(BB->getTerminator()->getDebugLoc());
1409
1410   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1411   // PHI nodes for NewBB now.
1412   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1413
1414   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1415   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1416   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1417   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1418   SSAUpdater SSAUpdate;
1419   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1420   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1421     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1422     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1423     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1424          ++UI) {
1425       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1426       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1427         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1428           continue;
1429       } else if (User->getParent() == BB)
1430         continue;
1431
1432       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1433     }
1434
1435     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1436     if (UsesToRename.empty())
1437       continue;
1438
1439     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1440
1441     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1442     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1443     // with the two values we know.
1444     SSAUpdate.Initialize(I->getType(), I->getName());
1445     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1446     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1447
1448     while (!UsesToRename.empty())
1449       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1450     DEBUG(dbgs() << "\n");
1451   }
1452
1453
1454   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1455   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1456   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1457   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1458   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1459     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1460       BB->removePredecessor(PredBB, true);
1461       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1462     }
1463
1464   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1465   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1466   // frequently happens because of phi translation.
1467   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TD, TLI);
1468
1469   // Threaded an edge!
1470   ++NumThreads;
1471   return true;
1472 }
1473
1474 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1475 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1476 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1477 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1478 /// a compare.
1479 bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
1480                                  const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
1481   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
1482
1483   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1484   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1485   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1486   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1487     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1488           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
1489           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1490     return false;
1491   }
1492
1493   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB, Threshold);
1494   if (DuplicationCost > Threshold) {
1495     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1496           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1497     return false;
1498   }
1499
1500   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1501   BasicBlock *PredBB;
1502   if (PredBBs.size() == 1)
1503     PredBB = PredBBs[0];
1504   else {
1505     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1506           << " common predecessors.\n");
1507     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, PredBBs, ".thr_comm", this);
1508   }
1509
1510   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1511   // of PredBB.
1512   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1513         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1514         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1515
1516   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
1517   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
1518   BranchInst *OldPredBranch = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1519
1520   if (OldPredBranch == 0 || !OldPredBranch->isUnconditional()) {
1521     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB, this);
1522     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1523   }
1524
1525   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1526   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1527   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1528
1529   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1530   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1531     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1532
1533   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1534   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1535   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1536     Instruction *New = BI->clone();
1537
1538     // Remap operands to patch up intra-block references.
1539     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1540       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1541         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1542         if (I != ValueMapping.end())
1543           New->setOperand(i, I->second);
1544       }
1545
1546     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
1547     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
1548     // phi translation.
1549     if (Value *IV = SimplifyInstruction(New, TD)) {
1550       delete New;
1551       ValueMapping[BI] = IV;
1552     } else {
1553       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
1554       New->setName(BI->getName());
1555       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
1556       ValueMapping[BI] = New;
1557     }
1558   }
1559
1560   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1561   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1562   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1563   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1564                                   ValueMapping);
1565   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1566                                   ValueMapping);
1567
1568   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1569   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1570   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1571   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1572   SSAUpdater SSAUpdate;
1573   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1574   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1575     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1576     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1577     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1578          ++UI) {
1579       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1580       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1581         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1582           continue;
1583       } else if (User->getParent() == BB)
1584         continue;
1585
1586       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1587     }
1588
1589     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1590     if (UsesToRename.empty())
1591       continue;
1592
1593     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1594
1595     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1596     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1597     // with the two values we know.
1598     SSAUpdate.Initialize(I->getType(), I->getName());
1599     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1600     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
1601
1602     while (!UsesToRename.empty())
1603       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1604     DEBUG(dbgs() << "\n");
1605   }
1606
1607   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1608   // that we nuked.
1609   BB->removePredecessor(PredBB, true);
1610
1611   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1612   OldPredBranch->eraseFromParent();
1613
1614   ++NumDupes;
1615   return true;
1616 }
1617
1618