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