Silence warning
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / PredicateSimplifier.cpp
1 //===-- PredicateSimplifier.cpp - Path Sensitive Simplifier ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Nick Lewycky and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Path-sensitive optimizer. In a branch where x == y, replace uses of
11 // x with y. Permits further optimization, such as the elimination of
12 // the unreachable call:
13 //
14 // void test(int *p, int *q)
15 // {
16 //   if (p != q)
17 //     return;
18 // 
19 //   if (*p != *q)
20 //     foo(); // unreachable
21 // }
22 //
23 //===----------------------------------------------------------------------===//
24 //
25 // The InequalityGraph focusses on four properties; equals, not equals,
26 // less-than and less-than-or-equals-to. The greater-than forms are also held
27 // just to allow walking from a lesser node to a greater one. These properties
28 // are stored in a lattice; LE can become LT or EQ, NE can become LT or GT.
29 //
30 // These relationships define a graph between values of the same type. Each
31 // Value is stored in a map table that retrieves the associated Node. This
32 // is how EQ relationships are stored; the map contains pointers from equal
33 // Value to the same node. The node contains a most canonical Value* form
34 // and the list of known relationships with other nodes.
35 //
36 // If two nodes are known to be inequal, then they will contain pointers to
37 // each other with an "NE" relationship. If node getNode(%x) is less than
38 // getNode(%y), then the %x node will contain <%y, GT> and %y will contain
39 // <%x, LT>. This allows us to tie nodes together into a graph like this:
40 //
41 //   %a < %b < %c < %d
42 //
43 // with four nodes representing the properties. The InequalityGraph provides
44 // querying with "isRelatedBy" and mutators "addEquality" and "addInequality".
45 // To find a relationship, we start with one of the nodes any binary search
46 // through its list to find where the relationships with the second node start.
47 // Then we iterate through those to find the first relationship that dominates
48 // our context node.
49 //
50 // To create these properties, we wait until a branch or switch instruction
51 // implies that a particular value is true (or false). The VRPSolver is
52 // responsible for analyzing the variable and seeing what new inferences
53 // can be made from each property. For example:
54 //
55 //   %P = icmp ne i32* %ptr, null
56 //   %a = and i1 %P, %Q
57 //   br i1 %a label %cond_true, label %cond_false
58 //
59 // For the true branch, the VRPSolver will start with %a EQ true and look at
60 // the definition of %a and find that it can infer that %P and %Q are both
61 // true. From %P being true, it can infer that %ptr NE null. For the false
62 // branch it can't infer anything from the "and" instruction.
63 //
64 // Besides branches, we can also infer properties from instruction that may
65 // have undefined behaviour in certain cases. For example, the dividend of
66 // a division may never be zero. After the division instruction, we may assume
67 // that the dividend is not equal to zero.
68 //
69 //===----------------------------------------------------------------------===//
70 //
71 // The ValueRanges class stores the known integer bounds of a Value. When we
72 // encounter i8 %a u< %b, the ValueRanges stores that %a = [1, 255] and
73 // %b = [0, 254]. Because we store these by Value*, you should always
74 // canonicalize through the InequalityGraph first.
75 //
76 // It never stores an empty range, because that means that the code is
77 // unreachable. It never stores a single-element range since that's an equality
78 // relationship and better stored in the InequalityGraph.
79 //
80 //===----------------------------------------------------------------------===//
81
82 #define DEBUG_TYPE "predsimplify"
83 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
84 #include "llvm/Constants.h"
85 #include "llvm/DerivedTypes.h"
86 #include "llvm/Instructions.h"
87 #include "llvm/Pass.h"
88 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
89 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
90 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
91 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
92 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
93 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
94 #include "llvm/Analysis/ET-Forest.h"
95 #include "llvm/Support/CFG.h"
96 #include "llvm/Support/Compiler.h"
97 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
98 #include "llvm/Support/Debug.h"
99 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
100 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
101 #include <algorithm>
102 #include <deque>
103 #include <sstream>
104 using namespace llvm;
105
106 STATISTIC(NumVarsReplaced, "Number of argument substitutions");
107 STATISTIC(NumInstruction , "Number of instructions removed");
108 STATISTIC(NumSimple      , "Number of simple replacements");
109 STATISTIC(NumBlocks      , "Number of blocks marked unreachable");
110 STATISTIC(NumSnuggle     , "Number of comparisons snuggled");
111
112 namespace {
113   // SLT SGT ULT UGT EQ
114   //   0   1   0   1  0 -- GT                  10
115   //   0   1   0   1  1 -- GE                  11
116   //   0   1   1   0  0 -- SGTULT              12
117   //   0   1   1   0  1 -- SGEULE              13
118   //   0   1   1   1  0 -- SGT                 14
119   //   0   1   1   1  1 -- SGE                 15
120   //   1   0   0   1  0 -- SLTUGT              18
121   //   1   0   0   1  1 -- SLEUGE              19
122   //   1   0   1   0  0 -- LT                  20
123   //   1   0   1   0  1 -- LE                  21
124   //   1   0   1   1  0 -- SLT                 22
125   //   1   0   1   1  1 -- SLE                 23
126   //   1   1   0   1  0 -- UGT                 26
127   //   1   1   0   1  1 -- UGE                 27
128   //   1   1   1   0  0 -- ULT                 28
129   //   1   1   1   0  1 -- ULE                 29
130   //   1   1   1   1  0 -- NE                  30
131   enum LatticeBits {
132     EQ_BIT = 1, UGT_BIT = 2, ULT_BIT = 4, SGT_BIT = 8, SLT_BIT = 16
133   };
134   enum LatticeVal {
135     GT = SGT_BIT | UGT_BIT,
136     GE = GT | EQ_BIT,
137     LT = SLT_BIT | ULT_BIT,
138     LE = LT | EQ_BIT,
139     NE = SLT_BIT | SGT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
140     SGTULT = SGT_BIT | ULT_BIT,
141     SGEULE = SGTULT | EQ_BIT,
142     SLTUGT = SLT_BIT | UGT_BIT,
143     SLEUGE = SLTUGT | EQ_BIT,
144     ULT = SLT_BIT | SGT_BIT | ULT_BIT,
145     UGT = SLT_BIT | SGT_BIT | UGT_BIT,
146     SLT = SLT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
147     SGT = SGT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
148     SLE = SLT | EQ_BIT,
149     SGE = SGT | EQ_BIT,
150     ULE = ULT | EQ_BIT,
151     UGE = UGT | EQ_BIT
152   };
153
154   static bool validPredicate(LatticeVal LV) {
155     switch (LV) {
156       case GT: case GE: case LT: case LE: case NE:
157       case SGTULT: case SGT: case SGEULE:
158       case SLTUGT: case SLT: case SLEUGE:
159       case ULT: case UGT:
160       case SLE: case SGE: case ULE: case UGE:
161         return true;
162       default:
163         return false;
164     }
165   }
166
167   /// reversePredicate - reverse the direction of the inequality
168   static LatticeVal reversePredicate(LatticeVal LV) {
169     unsigned reverse = LV ^ (SLT_BIT|SGT_BIT|ULT_BIT|UGT_BIT); //preserve EQ_BIT
170
171     if ((reverse & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
172       reverse |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
173
174     if ((reverse & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
175       reverse |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
176
177     LatticeVal Rev = static_cast<LatticeVal>(reverse);
178     assert(validPredicate(Rev) && "Failed reversing predicate.");
179     return Rev;
180   }
181
182   /// This is a StrictWeakOrdering predicate that sorts ETNodes by how many
183   /// descendants they have. With this, you can iterate through a list sorted
184   /// by this operation and the first matching entry is the most specific
185   /// match for your basic block. The order provided is stable; ETNodes with
186   /// the same number of children are sorted by pointer address.
187   struct VISIBILITY_HIDDEN OrderByDominance {
188     bool operator()(const ETNode *LHS, const ETNode *RHS) const {
189       unsigned LHS_spread = LHS->getDFSNumOut() - LHS->getDFSNumIn();
190       unsigned RHS_spread = RHS->getDFSNumOut() - RHS->getDFSNumIn();
191       if (LHS_spread != RHS_spread) return LHS_spread < RHS_spread;
192       else return LHS < RHS;
193     }
194   };
195
196   /// The InequalityGraph stores the relationships between values.
197   /// Each Value in the graph is assigned to a Node. Nodes are pointer
198   /// comparable for equality. The caller is expected to maintain the logical
199   /// consistency of the system.
200   ///
201   /// The InequalityGraph class may invalidate Node*s after any mutator call.
202   /// @brief The InequalityGraph stores the relationships between values.
203   class VISIBILITY_HIDDEN InequalityGraph {
204     ETNode *TreeRoot;
205
206     InequalityGraph();                  // DO NOT IMPLEMENT
207     InequalityGraph(InequalityGraph &); // DO NOT IMPLEMENT
208   public:
209     explicit InequalityGraph(ETNode *TreeRoot) : TreeRoot(TreeRoot) {}
210
211     class Node;
212
213     /// An Edge is contained inside a Node making one end of the edge implicit
214     /// and contains a pointer to the other end. The edge contains a lattice
215     /// value specifying the relationship and an ETNode specifying the root
216     /// in the dominator tree to which this edge applies.
217     class VISIBILITY_HIDDEN Edge {
218     public:
219       Edge(unsigned T, LatticeVal V, ETNode *ST)
220         : To(T), LV(V), Subtree(ST) {}
221
222       unsigned To;
223       LatticeVal LV;
224       ETNode *Subtree;
225
226       bool operator<(const Edge &edge) const {
227         if (To != edge.To) return To < edge.To;
228         else return OrderByDominance()(Subtree, edge.Subtree);
229       }
230       bool operator<(unsigned to) const {
231         return To < to;
232       }
233     };
234
235     /// A single node in the InequalityGraph. This stores the canonical Value
236     /// for the node, as well as the relationships with the neighbours.
237     ///
238     /// @brief A single node in the InequalityGraph.
239     class VISIBILITY_HIDDEN Node {
240       friend class InequalityGraph;
241
242       typedef SmallVector<Edge, 4> RelationsType;
243       RelationsType Relations;
244
245       Value *Canonical;
246
247       // TODO: can this idea improve performance?
248       //friend class std::vector<Node>;
249       //Node(Node &N) { RelationsType.swap(N.RelationsType); }
250
251     public:
252       typedef RelationsType::iterator       iterator;
253       typedef RelationsType::const_iterator const_iterator;
254
255       Node(Value *V) : Canonical(V) {}
256
257     private:
258 #ifndef NDEBUG
259     public:
260       virtual ~Node() {}
261       virtual void dump() const {
262         dump(*cerr.stream());
263       }
264     private:
265       void dump(std::ostream &os) const  {
266         os << *getValue() << ":\n";
267         for (Node::const_iterator NI = begin(), NE = end(); NI != NE; ++NI) {
268           static const std::string names[32] =
269             { "000000", "000001", "000002", "000003", "000004", "000005",
270               "000006", "000007", "000008", "000009", "     >", "    >=",
271               "  s>u<", "s>=u<=", "    s>", "   s>=", "000016", "000017",
272               "  s<u>", "s<=u>=", "     <", "    <=", "    s<", "   s<=",
273               "000024", "000025", "    u>", "   u>=", "    u<", "   u<=",
274               "    !=", "000031" };
275           os << "  " << names[NI->LV] << " " << NI->To
276              << " (" << NI->Subtree->getDFSNumIn() << ")\n";
277         }
278       }
279 #endif
280
281     public:
282       iterator begin()             { return Relations.begin(); }
283       iterator end()               { return Relations.end();   }
284       const_iterator begin() const { return Relations.begin(); }
285       const_iterator end()   const { return Relations.end();   }
286
287       iterator find(unsigned n, ETNode *Subtree) {
288         iterator E = end();
289         for (iterator I = std::lower_bound(begin(), E, n);
290              I != E && I->To == n; ++I) {
291           if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
292             return I;
293         }
294         return E;
295       }
296
297       const_iterator find(unsigned n, ETNode *Subtree) const {
298         const_iterator E = end();
299         for (const_iterator I = std::lower_bound(begin(), E, n);
300              I != E && I->To == n; ++I) {
301           if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
302             return I;
303         }
304         return E;
305       }
306
307       Value *getValue() const
308       {
309         return Canonical;
310       }
311
312       /// Updates the lattice value for a given node. Create a new entry if
313       /// one doesn't exist, otherwise it merges the values. The new lattice
314       /// value must not be inconsistent with any previously existing value.
315       void update(unsigned n, LatticeVal R, ETNode *Subtree) {
316         assert(validPredicate(R) && "Invalid predicate.");
317         iterator I = find(n, Subtree);
318         if (I == end()) {
319           Edge edge(n, R, Subtree);
320           iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), edge);
321           Relations.insert(Insert, edge);
322         } else {
323           LatticeVal LV = static_cast<LatticeVal>(I->LV & R);
324           assert(validPredicate(LV) && "Invalid union of lattice values.");
325           if (LV != I->LV) {
326             if (Subtree != I->Subtree) {
327               assert(Subtree->DominatedBy(I->Subtree) &&
328                      "Find returned subtree that doesn't apply.");
329
330               Edge edge(n, R, Subtree);
331               iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), edge);
332               Relations.insert(Insert, edge); // invalidates I
333               I = find(n, Subtree);
334             }
335
336             // Also, we have to tighten any edge that Subtree dominates.
337             for (iterator B = begin(); I->To == n; --I) {
338               if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree)) {
339                 LatticeVal LV = static_cast<LatticeVal>(I->LV & R);
340                 assert(validPredicate(LV) && "Invalid union of lattice values.");
341                 I->LV = LV;
342               }
343               if (I == B) break;
344             }
345           }
346         }
347       }
348     };
349
350   private:
351     struct VISIBILITY_HIDDEN NodeMapEdge {
352       Value *V;
353       unsigned index;
354       ETNode *Subtree;
355
356       NodeMapEdge(Value *V, unsigned index, ETNode *Subtree)
357         : V(V), index(index), Subtree(Subtree) {}
358
359       bool operator==(const NodeMapEdge &RHS) const {
360         return V == RHS.V &&
361                Subtree == RHS.Subtree;
362       }
363
364       bool operator<(const NodeMapEdge &RHS) const {
365         if (V != RHS.V) return V < RHS.V;
366         return OrderByDominance()(Subtree, RHS.Subtree);
367       }
368
369       bool operator<(Value *RHS) const {
370         return V < RHS;
371       }
372     };
373
374     typedef std::vector<NodeMapEdge> NodeMapType;
375     NodeMapType NodeMap;
376
377     std::vector<Node> Nodes;
378
379   public:
380     /// node - returns the node object at a given index retrieved from getNode.
381     /// Index zero is reserved and may not be passed in here. The pointer
382     /// returned is valid until the next call to newNode or getOrInsertNode.
383     Node *node(unsigned index) {
384       assert(index != 0 && "Zero index is reserved for not found.");
385       assert(index <= Nodes.size() && "Index out of range.");
386       return &Nodes[index-1];
387     }
388
389     /// Returns the node currently representing Value V, or zero if no such
390     /// node exists.
391     unsigned getNode(Value *V, ETNode *Subtree) {
392       NodeMapType::iterator E = NodeMap.end();
393       NodeMapEdge Edge(V, 0, Subtree);
394       NodeMapType::iterator I = std::lower_bound(NodeMap.begin(), E, Edge);
395       while (I != E && I->V == V) {
396         if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
397           return I->index;
398         ++I;
399       }
400       return 0;
401     }
402
403     /// getOrInsertNode - always returns a valid node index, creating a node
404     /// to match the Value if needed.
405     unsigned getOrInsertNode(Value *V, ETNode *Subtree) {
406       if (unsigned n = getNode(V, Subtree))
407         return n;
408       else
409         return newNode(V);
410     }
411
412     /// newNode - creates a new node for a given Value and returns the index.
413     unsigned newNode(Value *V) {
414       Nodes.push_back(Node(V));
415
416       NodeMapEdge MapEntry = NodeMapEdge(V, Nodes.size(), TreeRoot);
417       assert(!std::binary_search(NodeMap.begin(), NodeMap.end(), MapEntry) &&
418              "Attempt to create a duplicate Node.");
419       NodeMap.insert(std::lower_bound(NodeMap.begin(), NodeMap.end(),
420                                       MapEntry), MapEntry);
421       return MapEntry.index;
422     }
423
424     /// If the Value is in the graph, return the canonical form. Otherwise,
425     /// return the original Value.
426     Value *canonicalize(Value *V, ETNode *Subtree) {
427       if (isa<Constant>(V)) return V;
428
429       if (unsigned n = getNode(V, Subtree))
430         return node(n)->getValue();
431       else 
432         return V;
433     }
434
435     /// isRelatedBy - true iff n1 op n2
436     bool isRelatedBy(unsigned n1, unsigned n2, ETNode *Subtree, LatticeVal LV) {
437       if (n1 == n2) return LV & EQ_BIT;
438
439       Node *N1 = node(n1);
440       Node::iterator I = N1->find(n2, Subtree), E = N1->end();
441       if (I != E) return (I->LV & LV) == I->LV;
442
443       return false;
444     }
445
446     // The add* methods assume that your input is logically valid and may 
447     // assertion-fail or infinitely loop if you attempt a contradiction.
448
449     void addEquality(unsigned n, Value *V, ETNode *Subtree) {
450       assert(canonicalize(node(n)->getValue(), Subtree) == node(n)->getValue()
451              && "Node's 'canonical' choice isn't best within this subtree.");
452
453       // Suppose that we are given "%x -> node #1 (%y)". The problem is that
454       // we may already have "%z -> node #2 (%x)" somewhere above us in the
455       // graph. We need to find those edges and add "%z -> node #1 (%y)"
456       // to keep the lookups canonical.
457
458       std::vector<Value *> ToRepoint;
459       ToRepoint.push_back(V);
460
461       if (unsigned Conflict = getNode(V, Subtree)) {
462         // XXX: NodeMap.size() exceeds 68,000 entries compiling kimwitu++!
463         for (NodeMapType::iterator I = NodeMap.begin(), E = NodeMap.end();
464              I != E; ++I) {
465           if (I->index == Conflict && Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
466             ToRepoint.push_back(I->V);
467         }
468       }
469
470       for (std::vector<Value *>::iterator VI = ToRepoint.begin(),
471            VE = ToRepoint.end(); VI != VE; ++VI) {
472         Value *V = *VI;
473
474         // XXX: review this code. This may be doing too many insertions.
475         NodeMapEdge Edge(V, n, Subtree);
476         NodeMapType::iterator E = NodeMap.end();
477         NodeMapType::iterator I = std::lower_bound(NodeMap.begin(), E, Edge);
478         if (I == E || I->V != V || I->Subtree != Subtree) {
479           // New Value
480           NodeMap.insert(I, Edge);
481         } else if (I != E && I->V == V && I->Subtree == Subtree) {
482           // Update best choice
483           I->index = n;
484         }
485
486 #ifndef NDEBUG
487         Node *N = node(n);
488         if (isa<Constant>(V)) {
489           if (isa<Constant>(N->getValue())) {
490             assert(V == N->getValue() && "Constant equals different constant?");
491           }
492         }
493 #endif
494       }
495     }
496
497     /// addInequality - Sets n1 op n2.
498     /// It is also an error to call this on an inequality that is already true.
499     void addInequality(unsigned n1, unsigned n2, ETNode *Subtree,
500                        LatticeVal LV1) {
501       assert(n1 != n2 && "A node can't be inequal to itself.");
502
503       if (LV1 != NE)
504         assert(!isRelatedBy(n1, n2, Subtree, reversePredicate(LV1)) &&
505                "Contradictory inequality.");
506
507       Node *N1 = node(n1);
508       Node *N2 = node(n2);
509
510       // Suppose we're adding %n1 < %n2. Find all the %a < %n1 and
511       // add %a < %n2 too. This keeps the graph fully connected.
512       if (LV1 != NE) {
513         // Someone with a head for this sort of logic, please review this.
514         // Given that %x SLTUGT %y and %a SLE %x, what is the relationship
515         // between %a and %y? I believe the below code is correct, but I don't
516         // think it's the most efficient solution.
517
518         unsigned LV1_s = LV1 & (SLT_BIT|SGT_BIT);
519         unsigned LV1_u = LV1 & (ULT_BIT|UGT_BIT);
520         for (Node::iterator I = N1->begin(), E = N1->end(); I != E; ++I) {
521           if (I->LV != NE && I->To != n2) {
522             ETNode *Local_Subtree = NULL;
523             if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
524               Local_Subtree = Subtree;
525             else if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree))
526               Local_Subtree = I->Subtree;
527
528             if (Local_Subtree) {
529               unsigned new_relationship = 0;
530               LatticeVal ILV = reversePredicate(I->LV);
531               unsigned ILV_s = ILV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
532               unsigned ILV_u = ILV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
533
534               if (LV1_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == LV1_s)
535                 new_relationship |= ILV_s;
536
537               if (LV1_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == LV1_u)
538                 new_relationship |= ILV_u;
539
540               if (new_relationship) {
541                 if ((new_relationship & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
542                   new_relationship |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
543                 if ((new_relationship & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
544                   new_relationship |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
545                 if ((LV1 & EQ_BIT) && (ILV & EQ_BIT))
546                   new_relationship |= EQ_BIT;
547
548                 LatticeVal NewLV = static_cast<LatticeVal>(new_relationship);
549
550                 node(I->To)->update(n2, NewLV, Local_Subtree);
551                 N2->update(I->To, reversePredicate(NewLV), Local_Subtree);
552               }
553             }
554           }
555         }
556
557         for (Node::iterator I = N2->begin(), E = N2->end(); I != E; ++I) {
558           if (I->LV != NE && I->To != n1) {
559             ETNode *Local_Subtree = NULL;
560             if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
561               Local_Subtree = Subtree;
562             else if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree))
563               Local_Subtree = I->Subtree;
564
565             if (Local_Subtree) {
566               unsigned new_relationship = 0;
567               unsigned ILV_s = I->LV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
568               unsigned ILV_u = I->LV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
569
570               if (LV1_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == LV1_s)
571                 new_relationship |= ILV_s;
572
573               if (LV1_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == LV1_u)
574                 new_relationship |= ILV_u;
575
576               if (new_relationship) {
577                 if ((new_relationship & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
578                   new_relationship |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
579                 if ((new_relationship & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
580                   new_relationship |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
581                 if ((LV1 & EQ_BIT) && (I->LV & EQ_BIT))
582                   new_relationship |= EQ_BIT;
583
584                 LatticeVal NewLV = static_cast<LatticeVal>(new_relationship);
585
586                 N1->update(I->To, NewLV, Local_Subtree);
587                 node(I->To)->update(n1, reversePredicate(NewLV), Local_Subtree);
588               }
589             }
590           }
591         }
592       }
593
594       N1->update(n2, LV1, Subtree);
595       N2->update(n1, reversePredicate(LV1), Subtree);
596     }
597
598     /// remove - Removes a Value from the graph. If the value is the canonical
599     /// choice for a Node, destroys the Node from the graph deleting all edges
600     /// to and from it. This method does not renumber the nodes.
601     void remove(Value *V) {
602       for (unsigned i = 0; i < NodeMap.size();) {
603         NodeMapType::iterator I = NodeMap.begin()+i;
604         if (I->V == V) {
605           Node *N = node(I->index);
606           if (node(I->index)->getValue() == V) {
607             for (Node::iterator NI = N->begin(), NE = N->end(); NI != NE; ++NI){
608               Node::iterator Iter = node(NI->To)->find(I->index, TreeRoot);
609               do {
610                 node(NI->To)->Relations.erase(Iter);
611                 Iter = node(NI->To)->find(I->index, TreeRoot);
612               } while (Iter != node(NI->To)->end());
613             }
614             N->Canonical = NULL;
615           }
616           N->Relations.clear();
617           NodeMap.erase(I);
618         } else ++i;
619       }
620     }
621
622 #ifndef NDEBUG
623     virtual ~InequalityGraph() {}
624     virtual void dump() {
625       dump(*cerr.stream());
626     }
627
628     void dump(std::ostream &os) {
629     std::set<Node *> VisitedNodes;
630     for (NodeMapType::const_iterator I = NodeMap.begin(), E = NodeMap.end();
631          I != E; ++I) {
632       Node *N = node(I->index);
633       os << *I->V << " == " << I->index
634          << "(" << I->Subtree->getDFSNumIn() << ")\n";
635       if (VisitedNodes.insert(N).second) {
636         os << I->index << ". ";
637         if (!N->getValue()) os << "(deleted node)\n";
638         else N->dump(os);
639       }
640     }
641   }
642 #endif
643   };
644
645   class VRPSolver;
646
647   /// ValueRanges tracks the known integer ranges and anti-ranges of the nodes
648   /// in the InequalityGraph.
649   class VISIBILITY_HIDDEN ValueRanges {
650
651     /// A ScopedRange ties an InequalityGraph node with a ConstantRange under
652     /// the scope of a rooted subtree in the dominator tree.
653     class VISIBILITY_HIDDEN ScopedRange {
654     public:
655       ScopedRange(Value *V, ConstantRange CR, ETNode *ST)
656         : V(V), CR(CR), Subtree(ST) {}
657
658       Value *V;
659       ConstantRange CR;
660       ETNode *Subtree;
661
662       bool operator<(const ScopedRange &range) const {
663         if (V != range.V) return V < range.V;
664         else return OrderByDominance()(Subtree, range.Subtree);
665       }
666
667       bool operator<(const Value *value) const {
668         return V < value;
669       }
670     };
671
672     std::vector<ScopedRange> Ranges;
673     typedef std::vector<ScopedRange>::iterator iterator;
674
675     // XXX: this is a copy of the code in InequalityGraph::Node. Perhaps a
676     // intrusive domtree-scoped container is in order?
677
678     iterator begin() { return Ranges.begin(); }
679     iterator end()   { return Ranges.end();   }
680
681     iterator find(Value *V, ETNode *Subtree) {
682       iterator E = end();
683       for (iterator I = std::lower_bound(begin(), E, V);
684            I != E && I->V == V; ++I) {
685         if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
686           return I;
687       }
688       return E;
689     }
690
691     void update(Value *V, ConstantRange CR, ETNode *Subtree) {
692       assert(!CR.isEmptySet() && "Empty ConstantRange!");
693       if (CR.isFullSet()) return;
694
695       iterator I = find(V, Subtree);
696       if (I == end()) {
697         ScopedRange range(V, CR, Subtree);
698         iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), range);
699         Ranges.insert(Insert, range);
700       } else {
701         CR = CR.intersectWith(I->CR);
702         assert(!CR.isEmptySet() && "Empty intersection of ConstantRanges!");
703
704         if (CR != I->CR) {
705           if (Subtree != I->Subtree) {
706             assert(Subtree->DominatedBy(I->Subtree) &&
707                    "Find returned subtree that doesn't apply.");
708
709             ScopedRange range(V, CR, Subtree);
710             iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), range);
711             Ranges.insert(Insert, range); // invalidates I
712             I = find(V, Subtree);
713           }
714
715           // Also, we have to tighten any edge that Subtree dominates.
716           for (iterator B = begin(); I->V == V; --I) {
717             if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree)) {
718               CR = CR.intersectWith(I->CR);
719               assert(!CR.isEmptySet() &&
720                      "Empty intersection of ConstantRanges!");
721               I->CR = CR;
722             }
723             if (I == B) break;
724           }
725         }
726       }
727     }
728
729     /// range - Creates a ConstantRange representing the set of all values
730     /// that match the ICmpInst::Predicate with any of the values in CR.
731     ConstantRange range(ICmpInst::Predicate ICmpOpcode,
732                         const ConstantRange &CR) {
733       uint32_t W = CR.getBitWidth();
734       switch (ICmpOpcode) {
735         default: assert(!"Invalid ICmp opcode to range()");
736         case ICmpInst::ICMP_EQ:
737           return ConstantRange(CR.getLower(), CR.getUpper());
738         case ICmpInst::ICMP_NE:
739           if (CR.isSingleElement())
740             return ConstantRange(CR.getUpper(), CR.getLower());
741           return ConstantRange(W);
742         case ICmpInst::ICMP_ULT:
743           return ConstantRange(APInt::getMinValue(W), CR.getUnsignedMax());
744         case ICmpInst::ICMP_SLT:
745           return ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(W), CR.getSignedMax());
746         case ICmpInst::ICMP_ULE: {
747           APInt UMax = CR.getUnsignedMax();
748           if (UMax == APInt::getMaxValue(W))
749             return ConstantRange(W);
750           return ConstantRange(APInt::getMinValue(W), UMax + 1);
751         }
752         case ICmpInst::ICMP_SLE: {
753           APInt SMax = CR.getSignedMax();
754           if (SMax     == APInt::getSignedMaxValue(W) ||
755               SMax + 1 == APInt::getSignedMaxValue(W))
756             return ConstantRange(W);
757           return ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(W), SMax + 1);
758         }
759         case ICmpInst::ICMP_UGT:
760           return ConstantRange(CR.getUnsignedMin() + 1, 
761                                APInt::getMaxValue(W) + 1);
762         case ICmpInst::ICMP_SGT:
763           return ConstantRange(CR.getSignedMin() + 1,
764                                APInt::getSignedMaxValue(W) + 1);
765         case ICmpInst::ICMP_UGE: {
766           APInt UMin = CR.getUnsignedMin();
767           if (UMin == APInt::getMinValue(W))
768             return ConstantRange(W);
769           return ConstantRange(UMin, APInt::getMaxValue(W) + 1);
770         }
771         case ICmpInst::ICMP_SGE: {
772           APInt SMin = CR.getSignedMin();
773           if (SMin == APInt::getSignedMinValue(W))
774             return ConstantRange(W);
775           return ConstantRange(SMin, APInt::getSignedMaxValue(W) + 1);
776         }
777       }
778     }
779
780     /// create - Creates a ConstantRange that matches the given LatticeVal
781     /// relation with a given integer.
782     ConstantRange create(LatticeVal LV, const ConstantRange &CR) {
783       assert(!CR.isEmptySet() && "Can't deal with empty set.");
784
785       if (LV == NE)
786         return range(ICmpInst::ICMP_NE, CR);
787
788       unsigned LV_s = LV & (SGT_BIT|SLT_BIT);
789       unsigned LV_u = LV & (UGT_BIT|ULT_BIT);
790       bool hasEQ = LV & EQ_BIT;
791
792       ConstantRange Range(CR.getBitWidth());
793
794       if (LV_s == SGT_BIT) {
795         Range = Range.intersectWith(range(
796                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_SGE : ICmpInst::ICMP_SGT, CR));
797       } else if (LV_s == SLT_BIT) {
798         Range = Range.intersectWith(range(
799                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_SLE : ICmpInst::ICMP_SLT, CR));
800       }
801
802       if (LV_u == UGT_BIT) {
803         Range = Range.intersectWith(range(
804                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_UGT, CR));
805       } else if (LV_u == ULT_BIT) {
806         Range = Range.intersectWith(range(
807                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_ULE : ICmpInst::ICMP_ULT, CR));
808       }
809
810       return Range;
811     }
812
813     ConstantRange rangeFromValue(Value *V, ETNode *Subtree, uint32_t W) {
814       ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V);
815       if (C) {
816         return ConstantRange(C->getValue());
817       } else {
818         iterator I = find(V, Subtree);
819         if (I != end())
820           return I->CR;
821       }
822       return ConstantRange(W);
823     }
824
825     static uint32_t widthOfValue(Value *V) {
826       const Type *Ty = V->getType();
827       if (const IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
828         return ITy->getBitWidth();
829
830       // XXX: I'd like to transform T* into the appropriate integer by
831       // bit length, however that data may not be available.
832
833       return 0;
834     }
835
836   public:
837
838     bool isRelatedBy(Value *V1, Value *V2, ETNode *Subtree, LatticeVal LV) {
839       uint32_t W = widthOfValue(V1);
840       if (!W) return false;
841
842       ConstantRange CR1 = rangeFromValue(V1, Subtree, W);
843       ConstantRange CR2 = rangeFromValue(V2, Subtree, W);
844
845       // True iff all values in CR1 are LV to all values in CR2.
846       switch (LV) {
847       default: assert(!"Impossible lattice value!");
848       case NE:
849         return CR1.intersectWith(CR2).isEmptySet();
850       case ULT:
851         return CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin());
852       case ULE:
853         return CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin());
854       case UGT:
855         return CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax());
856       case UGE:
857         return CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax());
858       case SLT:
859         return CR1.getSignedMax().slt(CR2.getSignedMin());
860       case SLE:
861         return CR1.getSignedMax().sle(CR2.getSignedMin());
862       case SGT:
863         return CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax());
864       case SGE:
865         return CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax());
866       case LT:
867         return CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin()) &&
868                CR1.getSignedMax().slt(CR2.getUnsignedMin());
869       case LE:
870         return CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin()) &&
871                CR1.getSignedMax().sle(CR2.getUnsignedMin());
872       case GT:
873         return CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax()) &&
874                CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax());
875       case GE:
876         return CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax()) &&
877                CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax());
878       case SLTUGT:
879         return CR1.getSignedMax().slt(CR2.getSignedMin()) &&
880                CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax());
881       case SLEUGE:
882         return CR1.getSignedMax().sle(CR2.getSignedMin()) &&
883                CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax());
884       case SGTULT:
885         return CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax()) &&
886                CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin());
887       case SGEULE:
888         return CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax()) &&
889                CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin());
890       }
891     }
892
893     void addToWorklist(Value *V, const APInt *I, ICmpInst::Predicate Pred,
894                        VRPSolver *VRP);
895
896     void addInequality(Value *V1, Value *V2, ETNode *Subtree, LatticeVal LV,
897                        VRPSolver *VRP) {
898       assert(!isRelatedBy(V1, V2, Subtree, LV) && "Asked to do useless work.");
899
900       if (LV == NE) return; // we can't represent those.
901       // XXX: except in the case where isSingleElement and equal to either
902       // Lower or Upper. That's probably not profitable. (Type::Int1Ty?)
903
904       uint32_t W = widthOfValue(V1);
905       if (!W) return;
906
907       ConstantRange CR1 = rangeFromValue(V1, Subtree, W);
908       ConstantRange CR2 = rangeFromValue(V2, Subtree, W);
909
910       if (!CR1.isSingleElement()) {
911         ConstantRange NewCR1 = CR1.intersectWith(create(LV, CR2));
912         if (NewCR1 != CR1) {
913           if (NewCR1.isSingleElement())
914             addToWorklist(V1, NewCR1.getSingleElement(),
915                           ICmpInst::ICMP_EQ, VRP);
916           else
917             update(V1, NewCR1, Subtree);
918         }
919       }
920
921       if (!CR2.isSingleElement()) {
922         ConstantRange NewCR2 = CR2.intersectWith(create(reversePredicate(LV),
923                                                         CR1));
924         if (NewCR2 != CR2) {
925           if (NewCR2.isSingleElement())
926             addToWorklist(V2, NewCR2.getSingleElement(),
927                           ICmpInst::ICMP_EQ, VRP);
928           else
929             update(V2, NewCR2, Subtree);
930         }
931       }
932     }
933   };
934
935   /// UnreachableBlocks keeps tracks of blocks that are for one reason or
936   /// another discovered to be unreachable. This is used to cull the graph when
937   /// analyzing instructions, and to mark blocks with the "unreachable"
938   /// terminator instruction after the function has executed.
939   class VISIBILITY_HIDDEN UnreachableBlocks {
940   private:
941     std::vector<BasicBlock *> DeadBlocks;
942
943   public:
944     /// mark - mark a block as dead
945     void mark(BasicBlock *BB) {
946       std::vector<BasicBlock *>::iterator E = DeadBlocks.end();
947       std::vector<BasicBlock *>::iterator I =
948         std::lower_bound(DeadBlocks.begin(), E, BB);
949
950       if (I == E || *I != BB) DeadBlocks.insert(I, BB);
951     }
952
953     /// isDead - returns whether a block is known to be dead already
954     bool isDead(BasicBlock *BB) {
955       std::vector<BasicBlock *>::iterator E = DeadBlocks.end();
956       std::vector<BasicBlock *>::iterator I =
957         std::lower_bound(DeadBlocks.begin(), E, BB);
958
959       return I != E && *I == BB;
960     }
961
962     /// kill - replace the dead blocks' terminator with an UnreachableInst.
963     bool kill() {
964       bool modified = false;
965       for (std::vector<BasicBlock *>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
966            E = DeadBlocks.end(); I != E; ++I) {
967         BasicBlock *BB = *I;
968
969         DOUT << "unreachable block: " << BB->getName() << "\n";
970
971         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB);
972              SI != SE; ++SI) {
973           BasicBlock *Succ = *SI;
974           Succ->removePredecessor(BB);
975         }
976
977         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
978         TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
979         TI->eraseFromParent();
980         new UnreachableInst(BB);
981         ++NumBlocks;
982         modified = true;
983       }
984       DeadBlocks.clear();
985       return modified;
986     }
987   };
988
989   /// VRPSolver keeps track of how changes to one variable affect other
990   /// variables, and forwards changes along to the InequalityGraph. It
991   /// also maintains the correct choice for "canonical" in the IG.
992   /// @brief VRPSolver calculates inferences from a new relationship.
993   class VISIBILITY_HIDDEN VRPSolver {
994   private:
995     friend class ValueRanges;
996
997     struct Operation {
998       Value *LHS, *RHS;
999       ICmpInst::Predicate Op;
1000
1001       BasicBlock *ContextBB;
1002       Instruction *ContextInst;
1003     };
1004     std::deque<Operation> WorkList;
1005
1006     InequalityGraph &IG;
1007     UnreachableBlocks &UB;
1008     ValueRanges &VR;
1009
1010     ETForest *Forest;
1011     ETNode *Top;
1012     BasicBlock *TopBB;
1013     Instruction *TopInst;
1014     bool &modified;
1015
1016     typedef InequalityGraph::Node Node;
1017
1018     /// IdomI - Determines whether one Instruction dominates another.
1019     bool IdomI(Instruction *I1, Instruction *I2) const {
1020       BasicBlock *BB1 = I1->getParent(),
1021                  *BB2 = I2->getParent();
1022       if (BB1 == BB2) {
1023         if (isa<TerminatorInst>(I1)) return false;
1024         if (isa<TerminatorInst>(I2)) return true;
1025         if (isa<PHINode>(I1) && !isa<PHINode>(I2)) return true;
1026         if (!isa<PHINode>(I1) && isa<PHINode>(I2)) return false;
1027
1028         for (BasicBlock::const_iterator I = BB1->begin(), E = BB1->end();
1029              I != E; ++I) {
1030           if (&*I == I1) return true;
1031           if (&*I == I2) return false;
1032         }
1033         assert(!"Instructions not found in parent BasicBlock?");
1034       } else {
1035         return Forest->properlyDominates(BB1, BB2);
1036       }
1037       return false;
1038     }
1039
1040     /// Returns true if V1 is a better canonical value than V2.
1041     bool compare(Value *V1, Value *V2) const {
1042       if (isa<Constant>(V1))
1043         return !isa<Constant>(V2);
1044       else if (isa<Constant>(V2))
1045         return false;
1046       else if (isa<Argument>(V1))
1047         return !isa<Argument>(V2);
1048       else if (isa<Argument>(V2))
1049         return false;
1050
1051       Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(V1);
1052       Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2);
1053
1054       if (!I1 || !I2)
1055         return V1->getNumUses() < V2->getNumUses();
1056
1057       return IdomI(I1, I2);
1058     }
1059
1060     // below - true if the Instruction is dominated by the current context
1061     // block or instruction
1062     bool below(Instruction *I) {
1063       if (TopInst)
1064         return IdomI(TopInst, I);
1065       else {
1066         ETNode *Node = Forest->getNodeForBlock(I->getParent());
1067         return Node->DominatedBy(Top);
1068       }
1069     }
1070
1071     bool makeEqual(Value *V1, Value *V2) {
1072       DOUT << "makeEqual(" << *V1 << ", " << *V2 << ")\n";
1073
1074       if (V1 == V2) return true;
1075
1076       if (isa<Constant>(V1) && isa<Constant>(V2))
1077         return false;
1078
1079       unsigned n1 = IG.getNode(V1, Top), n2 = IG.getNode(V2, Top);
1080
1081       if (n1 && n2) {
1082         if (n1 == n2) return true;
1083         if (IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, NE)) return false;
1084       }
1085
1086       if (n1) assert(V1 == IG.node(n1)->getValue() && "Value isn't canonical.");
1087       if (n2) assert(V2 == IG.node(n2)->getValue() && "Value isn't canonical.");
1088
1089       assert(!compare(V2, V1) && "Please order parameters to makeEqual.");
1090
1091       assert(!isa<Constant>(V2) && "Tried to remove a constant.");
1092
1093       SetVector<unsigned> Remove;
1094       if (n2) Remove.insert(n2);
1095
1096       if (n1 && n2) {
1097         // Suppose we're being told that %x == %y, and %x <= %z and %y >= %z.
1098         // We can't just merge %x and %y because the relationship with %z would
1099         // be EQ and that's invalid. What we're doing is looking for any nodes
1100         // %z such that %x <= %z and %y >= %z, and vice versa.
1101
1102         Node *N1 = IG.node(n1);
1103         Node *N2 = IG.node(n2);
1104         Node::iterator end = N2->end();
1105
1106         // Find the intersection between N1 and N2 which is dominated by
1107         // Top. If we find %x where N1 <= %x <= N2 (or >=) then add %x to
1108         // Remove.
1109         for (Node::iterator I = N1->begin(), E = N1->end(); I != E; ++I) {
1110           if (!(I->LV & EQ_BIT) || !Top->DominatedBy(I->Subtree)) continue;
1111
1112           unsigned ILV_s = I->LV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
1113           unsigned ILV_u = I->LV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
1114           Node::iterator NI = N2->find(I->To, Top);
1115           if (NI != end) {
1116             LatticeVal NILV = reversePredicate(NI->LV);
1117             unsigned NILV_s = NILV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
1118             unsigned NILV_u = NILV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
1119
1120             if ((ILV_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == NILV_s) ||
1121                 (ILV_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == NILV_u))
1122               Remove.insert(I->To);
1123           }
1124         }
1125
1126         // See if one of the nodes about to be removed is actually a better
1127         // canonical choice than n1.
1128         unsigned orig_n1 = n1;
1129         SetVector<unsigned>::iterator DontRemove = Remove.end();
1130         for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin()+1 /* skip n2 */,
1131              E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1132           unsigned n = *I;
1133           Value *V = IG.node(n)->getValue();
1134           if (compare(V, V1)) {
1135             V1 = V;
1136             n1 = n;
1137             DontRemove = I;
1138           }
1139         }
1140         if (DontRemove != Remove.end()) {
1141           unsigned n = *DontRemove;
1142           Remove.remove(n);
1143           Remove.insert(orig_n1);
1144         }
1145       }
1146
1147       // We'd like to allow makeEqual on two values to perform a simple
1148       // substitution without every creating nodes in the IG whenever possible.
1149       //
1150       // The first iteration through this loop operates on V2 before going
1151       // through the Remove list and operating on those too. If all of the
1152       // iterations performed simple replacements then we exit early.
1153       bool exitEarly = true;
1154       unsigned i = 0;
1155       for (Value *R = V2; i == 0 || i < Remove.size(); ++i) {
1156         if (i) R = IG.node(Remove[i])->getValue(); // skip n2.
1157
1158         // Try to replace the whole instruction. If we can, we're done.
1159         Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(R);
1160         if (I2 && below(I2)) {
1161           std::vector<Instruction *> ToNotify;
1162           for (Value::use_iterator UI = R->use_begin(), UE = R->use_end();
1163                UI != UE;) {
1164             Use &TheUse = UI.getUse();
1165             ++UI;
1166             if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser()))
1167               ToNotify.push_back(I);
1168           }
1169
1170           DOUT << "Simply removing " << *I2
1171                << ", replacing with " << *V1 << "\n";
1172           I2->replaceAllUsesWith(V1);
1173           // leave it dead; it'll get erased later.
1174           ++NumInstruction;
1175           modified = true;
1176
1177           for (std::vector<Instruction *>::iterator II = ToNotify.begin(),
1178                IE = ToNotify.end(); II != IE; ++II) {
1179             opsToDef(*II);
1180           }
1181
1182           continue;
1183         }
1184
1185         // Otherwise, replace all dominated uses.
1186         for (Value::use_iterator UI = R->use_begin(), UE = R->use_end();
1187              UI != UE;) {
1188           Use &TheUse = UI.getUse();
1189           ++UI;
1190           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1191             if (below(I)) {
1192               TheUse.set(V1);
1193               modified = true;
1194               ++NumVarsReplaced;
1195               opsToDef(I);
1196             }
1197           }
1198         }
1199
1200         // If that killed the instruction, stop here.
1201         if (I2 && isInstructionTriviallyDead(I2)) {
1202           DOUT << "Killed all uses of " << *I2
1203                << ", replacing with " << *V1 << "\n";
1204           continue;
1205         }
1206
1207         // If we make it to here, then we will need to create a node for N1.
1208         // Otherwise, we can skip out early!
1209         exitEarly = false;
1210       }
1211
1212       if (exitEarly) return true;
1213
1214       // Create N1.
1215       if (!n1) n1 = IG.newNode(V1);
1216
1217       // Migrate relationships from removed nodes to N1.
1218       Node *N1 = IG.node(n1);
1219       for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(), E = Remove.end();
1220            I != E; ++I) {
1221         unsigned n = *I;
1222         Node *N = IG.node(n);
1223         for (Node::iterator NI = N->begin(), NE = N->end(); NI != NE; ++NI) {
1224           if (NI->Subtree->DominatedBy(Top)) {
1225             if (NI->To == n1) {
1226               assert((NI->LV & EQ_BIT) && "Node inequal to itself.");
1227               continue;
1228             }
1229             if (Remove.count(NI->To))
1230               continue;
1231
1232             IG.node(NI->To)->update(n1, reversePredicate(NI->LV), Top);
1233             N1->update(NI->To, NI->LV, Top);
1234           }
1235         }
1236       }
1237
1238       // Point V2 (and all items in Remove) to N1.
1239       if (!n2)
1240         IG.addEquality(n1, V2, Top);
1241       else {
1242         for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(),
1243              E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1244           IG.addEquality(n1, IG.node(*I)->getValue(), Top);
1245         }
1246       }
1247
1248       // If !Remove.empty() then V2 = Remove[0]->getValue().
1249       // Even when Remove is empty, we still want to process V2.
1250       i = 0;
1251       for (Value *R = V2; i == 0 || i < Remove.size(); ++i) {
1252         if (i) R = IG.node(Remove[i])->getValue(); // skip n2.
1253
1254         if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(R)) {
1255           if (below(I2) ||
1256               Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I2->getParent())))
1257           defToOps(I2);
1258         }
1259         for (Value::use_iterator UI = V2->use_begin(), UE = V2->use_end();
1260              UI != UE;) {
1261           Use &TheUse = UI.getUse();
1262           ++UI;
1263           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1264             if (below(I) ||
1265                 Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I->getParent())))
1266               opsToDef(I);
1267           }
1268         }
1269       }
1270
1271       return true;
1272     }
1273
1274     /// cmpInstToLattice - converts an CmpInst::Predicate to lattice value
1275     /// Requires that the lattice value be valid; does not accept ICMP_EQ.
1276     static LatticeVal cmpInstToLattice(ICmpInst::Predicate Pred) {
1277       switch (Pred) {
1278         case ICmpInst::ICMP_EQ:
1279           assert(!"No matching lattice value.");
1280           return static_cast<LatticeVal>(EQ_BIT);
1281         default:
1282           assert(!"Invalid 'icmp' predicate.");
1283         case ICmpInst::ICMP_NE:
1284           return NE;
1285         case ICmpInst::ICMP_UGT:
1286           return UGT;
1287         case ICmpInst::ICMP_UGE:
1288           return UGE;
1289         case ICmpInst::ICMP_ULT:
1290           return ULT;
1291         case ICmpInst::ICMP_ULE:
1292           return ULE;
1293         case ICmpInst::ICMP_SGT:
1294           return SGT;
1295         case ICmpInst::ICMP_SGE:
1296           return SGE;
1297         case ICmpInst::ICMP_SLT:
1298           return SLT;
1299         case ICmpInst::ICMP_SLE:
1300           return SLE;
1301       }
1302     }
1303
1304   public:
1305     VRPSolver(InequalityGraph &IG, UnreachableBlocks &UB, ValueRanges &VR,
1306               ETForest *Forest, bool &modified, BasicBlock *TopBB)
1307       : IG(IG),
1308         UB(UB),
1309         VR(VR),
1310         Forest(Forest),
1311         Top(Forest->getNodeForBlock(TopBB)),
1312         TopBB(TopBB),
1313         TopInst(NULL),
1314         modified(modified) {}
1315
1316     VRPSolver(InequalityGraph &IG, UnreachableBlocks &UB, ValueRanges &VR,
1317               ETForest *Forest, bool &modified, Instruction *TopInst)
1318       : IG(IG),
1319         UB(UB),
1320         VR(VR),
1321         Forest(Forest),
1322         TopInst(TopInst),
1323         modified(modified)
1324     {
1325       TopBB = TopInst->getParent();
1326       Top = Forest->getNodeForBlock(TopBB);
1327     }
1328
1329     bool isRelatedBy(Value *V1, Value *V2, ICmpInst::Predicate Pred) const {
1330       if (Constant *C1 = dyn_cast<Constant>(V1))
1331         if (Constant *C2 = dyn_cast<Constant>(V2))
1332           return ConstantExpr::getCompare(Pred, C1, C2) ==
1333                  ConstantInt::getTrue();
1334
1335       if (unsigned n1 = IG.getNode(V1, Top))
1336         if (unsigned n2 = IG.getNode(V2, Top)) {
1337           if (n1 == n2) return Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ||
1338                                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1339                                Pred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1340                                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE ||
1341                                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE;
1342           if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) return false;
1343           if (IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, cmpInstToLattice(Pred))) return true;
1344         }
1345
1346       if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) return V1 == V2;
1347       return VR.isRelatedBy(V1, V2, Top, cmpInstToLattice(Pred));
1348     }
1349
1350     /// add - adds a new property to the work queue
1351     void add(Value *V1, Value *V2, ICmpInst::Predicate Pred,
1352              Instruction *I = NULL) {
1353       DOUT << "adding " << *V1 << " " << Pred << " " << *V2;
1354       if (I) DOUT << " context: " << *I;
1355       else DOUT << " default context";
1356       DOUT << "\n";
1357
1358       WorkList.push_back(Operation());
1359       Operation &O = WorkList.back();
1360       O.LHS = V1, O.RHS = V2, O.Op = Pred, O.ContextInst = I;
1361       O.ContextBB = I ? I->getParent() : TopBB;
1362     }
1363
1364     /// defToOps - Given an instruction definition that we've learned something
1365     /// new about, find any new relationships between its operands.
1366     void defToOps(Instruction *I) {
1367       Instruction *NewContext = below(I) ? I : TopInst;
1368       Value *Canonical = IG.canonicalize(I, Top);
1369
1370       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
1371         const Type *Ty = BO->getType();
1372         assert(!Ty->isFPOrFPVector() && "Float in work queue!");
1373
1374         Value *Op0 = IG.canonicalize(BO->getOperand(0), Top);
1375         Value *Op1 = IG.canonicalize(BO->getOperand(1), Top);
1376
1377         // TODO: "and i32 -1, %x" EQ %y then %x EQ %y.
1378
1379         switch (BO->getOpcode()) {
1380           case Instruction::And: {
1381             // "and i32 %a, %b" EQ -1 then %a EQ -1 and %b EQ -1
1382             ConstantInt *CI = ConstantInt::getAllOnesValue(Ty);
1383             if (Canonical == CI) {
1384               add(CI, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1385               add(CI, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1386             }
1387           } break;
1388           case Instruction::Or: {
1389             // "or i32 %a, %b" EQ 0 then %a EQ 0 and %b EQ 0
1390             Constant *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1391             if (Canonical == Zero) {
1392               add(Zero, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1393               add(Zero, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1394             }
1395           } break;
1396           case Instruction::Xor: {
1397             // "xor i32 %c, %a" EQ %b then %a EQ %c ^ %b
1398             // "xor i32 %c, %a" EQ %c then %a EQ 0
1399             // "xor i32 %c, %a" NE %c then %a NE 0
1400             // Repeat the above, with order of operands reversed.
1401             Value *LHS = Op0;
1402             Value *RHS = Op1;
1403             if (!isa<Constant>(LHS)) std::swap(LHS, RHS);
1404
1405             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Canonical)) {
1406               if (ConstantInt *Arg = dyn_cast<ConstantInt>(LHS)) {
1407                 add(RHS, ConstantInt::get(CI->getValue() ^ Arg->getValue()),
1408                     ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1409               }
1410             }
1411             if (Canonical == LHS) {
1412               if (isa<ConstantInt>(Canonical))
1413                 add(RHS, Constant::getNullValue(Ty), ICmpInst::ICMP_EQ,
1414                     NewContext);
1415             } else if (isRelatedBy(LHS, Canonical, ICmpInst::ICMP_NE)) {
1416               add(RHS, Constant::getNullValue(Ty), ICmpInst::ICMP_NE,
1417                   NewContext);
1418             }
1419           } break;
1420           default:
1421             break;
1422         }
1423       } else if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1424         // "icmp ult i32 %a, %y" EQ true then %a u< y
1425         // etc.
1426
1427         if (Canonical == ConstantInt::getTrue()) {
1428           add(IC->getOperand(0), IC->getOperand(1), IC->getPredicate(),
1429               NewContext);
1430         } else if (Canonical == ConstantInt::getFalse()) {
1431           add(IC->getOperand(0), IC->getOperand(1),
1432               ICmpInst::getInversePredicate(IC->getPredicate()), NewContext);
1433         }
1434       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
1435         if (I->getType()->isFPOrFPVector()) return;
1436
1437         // Given: "%a = select i1 %x, i32 %b, i32 %c"
1438         // %a EQ %b and %b NE %c then %x EQ true
1439         // %a EQ %c and %b NE %c then %x EQ false
1440
1441         Value *True  = SI->getTrueValue();
1442         Value *False = SI->getFalseValue();
1443         if (isRelatedBy(True, False, ICmpInst::ICMP_NE)) {
1444           if (Canonical == IG.canonicalize(True, Top) ||
1445               isRelatedBy(Canonical, False, ICmpInst::ICMP_NE))
1446             add(SI->getCondition(), ConstantInt::getTrue(),
1447                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1448           else if (Canonical == IG.canonicalize(False, Top) ||
1449                    isRelatedBy(Canonical, True, ICmpInst::ICMP_NE))
1450             add(SI->getCondition(), ConstantInt::getFalse(),
1451                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1452         }
1453       }
1454       // TODO: CastInst "%a = cast ... %b" where %a is EQ or NE a constant.
1455     }
1456
1457     /// opsToDef - A new relationship was discovered involving one of this
1458     /// instruction's operands. Find any new relationship involving the
1459     /// definition.
1460     void opsToDef(Instruction *I) {
1461       Instruction *NewContext = below(I) ? I : TopInst;
1462
1463       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
1464         Value *Op0 = IG.canonicalize(BO->getOperand(0), Top);
1465         Value *Op1 = IG.canonicalize(BO->getOperand(1), Top);
1466
1467         if (ConstantInt *CI0 = dyn_cast<ConstantInt>(Op0))
1468           if (ConstantInt *CI1 = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
1469             add(BO, ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), CI0, CI1),
1470                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1471             return;
1472           }
1473
1474         // "%y = and i1 true, %x" then %x EQ %y.
1475         // "%y = or i1 false, %x" then %x EQ %y.
1476         if (BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
1477           Constant *Zero = Constant::getNullValue(BO->getType());
1478           if (Op0 == Zero) {
1479             add(BO, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1480             return;
1481           } else if (Op1 == Zero) {
1482             add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1483             return;
1484           }
1485         } else if (BO->getOpcode() == Instruction::And) {
1486           Constant *AllOnes = ConstantInt::getAllOnesValue(BO->getType());
1487           if (Op0 == AllOnes) {
1488             add(BO, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1489             return;
1490           } else if (Op1 == AllOnes) {
1491             add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1492             return;
1493           }
1494         }
1495
1496         // "%x = add i32 %y, %z" and %x EQ %y then %z EQ 0
1497         // "%x = mul i32 %y, %z" and %x EQ %y then %z EQ 1
1498         // 1. Repeat all of the above, with order of operands reversed.
1499         // "%x = udiv i32 %y, %z" and %x EQ %y then %z EQ 1
1500
1501         Instruction::BinaryOps Opcode = BO->getOpcode();
1502         const Type *Ty = BO->getType();
1503         assert(!Ty->isFPOrFPVector() && "Float in work queue!");
1504
1505         Value *Known = Op0, *Unknown = Op1;
1506         if (Known != BO) std::swap(Known, Unknown);
1507         if (Known == BO) {
1508           switch (Opcode) {
1509             default: break;
1510             case Instruction::Xor:
1511             case Instruction::Add:
1512             case Instruction::Sub:
1513               add(Unknown, Constant::getNullValue(Ty), ICmpInst::ICMP_EQ,
1514                   NewContext);
1515               break;
1516             case Instruction::UDiv:
1517             case Instruction::SDiv:
1518               if (Unknown == Op0) break; // otherwise, fallthrough
1519             case Instruction::Mul:
1520               if (isa<ConstantInt>(Unknown)) {
1521                 Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1522                 add(Unknown, One, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1523               }
1524               break;
1525           }
1526         }
1527
1528         // TODO: "%a = add i32 %b, 1" and %b > %z then %a >= %z.
1529
1530       } else if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1531         // "%a = icmp ult i32 %b, %c" and %b u<  %c then %a EQ true
1532         // "%a = icmp ult i32 %b, %c" and %b u>= %c then %a EQ false
1533         // etc.
1534
1535         Value *Op0 = IG.canonicalize(IC->getOperand(0), Top);
1536         Value *Op1 = IG.canonicalize(IC->getOperand(1), Top);
1537
1538         ICmpInst::Predicate Pred = IC->getPredicate();
1539         if (isRelatedBy(Op0, Op1, Pred)) {
1540           add(IC, ConstantInt::getTrue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1541         } else if (isRelatedBy(Op0, Op1, ICmpInst::getInversePredicate(Pred))) {
1542           add(IC, ConstantInt::getFalse(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1543         }
1544
1545       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
1546         // Given: "%a = select i1 %x, i32 %b, i32 %c"
1547         // %x EQ true  then %a EQ %b
1548         // %x EQ false then %a EQ %c
1549         // %b EQ %c then %a EQ %b
1550
1551         Value *Canonical = IG.canonicalize(SI->getCondition(), Top);
1552         if (Canonical == ConstantInt::getTrue()) {
1553           add(SI, SI->getTrueValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1554         } else if (Canonical == ConstantInt::getFalse()) {
1555           add(SI, SI->getFalseValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1556         } else if (IG.canonicalize(SI->getTrueValue(), Top) ==
1557                    IG.canonicalize(SI->getFalseValue(), Top)) {
1558           add(SI, SI->getTrueValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1559         }
1560       } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
1561         const Type *Ty = CI->getDestTy();
1562         if (Ty->isFPOrFPVector()) return;
1563
1564         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(
1565                 IG.canonicalize(CI->getOperand(0), Top))) {
1566           add(CI, ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), C, Ty),
1567               ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1568         }
1569
1570         // TODO: "%a = cast ... %b" where %b is NE/LT/GT a constant.
1571       }
1572     }
1573
1574     /// solve - process the work queue
1575     /// Return false if a logical contradiction occurs.
1576     void solve() {
1577       //DOUT << "WorkList entry, size: " << WorkList.size() << "\n";
1578       while (!WorkList.empty()) {
1579         //DOUT << "WorkList size: " << WorkList.size() << "\n";
1580
1581         Operation &O = WorkList.front();
1582         TopInst = O.ContextInst;
1583         TopBB = O.ContextBB;
1584         Top = Forest->getNodeForBlock(TopBB);
1585
1586         O.LHS = IG.canonicalize(O.LHS, Top);
1587         O.RHS = IG.canonicalize(O.RHS, Top);
1588
1589         assert(O.LHS == IG.canonicalize(O.LHS, Top) && "Canonicalize isn't.");
1590         assert(O.RHS == IG.canonicalize(O.RHS, Top) && "Canonicalize isn't.");
1591
1592         DOUT << "solving " << *O.LHS << " " << O.Op << " " << *O.RHS;
1593         if (O.ContextInst) DOUT << " context inst: " << *O.ContextInst;
1594         else DOUT << " context block: " << O.ContextBB->getName();
1595         DOUT << "\n";
1596
1597         DEBUG(IG.dump());
1598
1599         // If they're both Constant, skip it. Check for contradiction and mark
1600         // the BB as unreachable if so.
1601         if (Constant *CI_L = dyn_cast<Constant>(O.LHS)) {
1602           if (Constant *CI_R = dyn_cast<Constant>(O.RHS)) {
1603             if (ConstantExpr::getCompare(O.Op, CI_L, CI_R) ==
1604                 ConstantInt::getFalse())
1605               UB.mark(TopBB);
1606
1607             WorkList.pop_front();
1608             continue;
1609           }
1610         }
1611
1612         if (compare(O.LHS, O.RHS)) {
1613           std::swap(O.LHS, O.RHS);
1614           O.Op = ICmpInst::getSwappedPredicate(O.Op);
1615         }
1616
1617         if (O.Op == ICmpInst::ICMP_EQ) {
1618           if (!makeEqual(O.RHS, O.LHS))
1619             UB.mark(TopBB);
1620         } else {
1621           LatticeVal LV = cmpInstToLattice(O.Op);
1622
1623           if ((LV & EQ_BIT) &&
1624               isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, ICmpInst::getSwappedPredicate(O.Op))) {
1625             if (!makeEqual(O.RHS, O.LHS))
1626               UB.mark(TopBB);
1627           } else {
1628             if (isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, ICmpInst::getInversePredicate(O.Op))){
1629               UB.mark(TopBB);
1630               WorkList.pop_front();
1631               continue;
1632             }
1633
1634             unsigned n1 = IG.getNode(O.LHS, Top);
1635             unsigned n2 = IG.getNode(O.RHS, Top);
1636
1637             if (n1 && n1 == n2) {
1638               if (O.Op != ICmpInst::ICMP_UGE && O.Op != ICmpInst::ICMP_ULE &&
1639                   O.Op != ICmpInst::ICMP_SGE && O.Op != ICmpInst::ICMP_SLE)
1640                 UB.mark(TopBB);
1641
1642               WorkList.pop_front();
1643               continue;
1644             }
1645
1646             if (VR.isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, Top, LV) ||
1647                 (n1 && n2 && IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, LV))) {
1648               WorkList.pop_front();
1649               continue;
1650             }
1651
1652             VR.addInequality(O.LHS, O.RHS, Top, LV, this);
1653             if ((!isa<ConstantInt>(O.RHS) && !isa<ConstantInt>(O.LHS)) ||
1654                 LV == NE) {
1655               if (!n1) n1 = IG.newNode(O.LHS);
1656               if (!n2) n2 = IG.newNode(O.RHS);
1657               IG.addInequality(n1, n2, Top, LV);
1658             }
1659
1660             if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(O.LHS)) {
1661               if (below(I1) ||
1662                   Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I1->getParent())))
1663                 defToOps(I1);
1664             }
1665             if (isa<Instruction>(O.LHS) || isa<Argument>(O.LHS)) {
1666               for (Value::use_iterator UI = O.LHS->use_begin(),
1667                    UE = O.LHS->use_end(); UI != UE;) {
1668                 Use &TheUse = UI.getUse();
1669                 ++UI;
1670                 if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1671                   if (below(I) ||
1672                       Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I->getParent())))
1673                     opsToDef(I);
1674                 }
1675               }
1676             }
1677             if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(O.RHS)) {
1678               if (below(I2) ||
1679                   Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I2->getParent())))
1680               defToOps(I2);
1681             }
1682             if (isa<Instruction>(O.RHS) || isa<Argument>(O.RHS)) {
1683               for (Value::use_iterator UI = O.RHS->use_begin(),
1684                    UE = O.RHS->use_end(); UI != UE;) {
1685                 Use &TheUse = UI.getUse();
1686                 ++UI;
1687                 if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1688                   if (below(I) ||
1689                       Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I->getParent())))
1690
1691                     opsToDef(I);
1692                 }
1693               }
1694             }
1695           }
1696         }
1697         WorkList.pop_front();
1698       }
1699     }
1700   };
1701
1702   void ValueRanges::addToWorklist(Value *V, const APInt *I,
1703                                   ICmpInst::Predicate Pred, VRPSolver *VRP) {
1704     VRP->add(V, ConstantInt::get(*I), Pred, VRP->TopInst);
1705   }
1706
1707   /// PredicateSimplifier - This class is a simplifier that replaces
1708   /// one equivalent variable with another. It also tracks what
1709   /// can't be equal and will solve setcc instructions when possible.
1710   /// @brief Root of the predicate simplifier optimization.
1711   class VISIBILITY_HIDDEN PredicateSimplifier : public FunctionPass {
1712     DominatorTree *DT;
1713     ETForest *Forest;
1714     bool modified;
1715     InequalityGraph *IG;
1716     UnreachableBlocks UB;
1717     ValueRanges *VR;
1718
1719     std::vector<DominatorTree::Node *> WorkList;
1720
1721   public:
1722     bool runOnFunction(Function &F);
1723
1724     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1725       AU.addRequiredID(BreakCriticalEdgesID);
1726       AU.addRequired<DominatorTree>();
1727       AU.addRequired<ETForest>();
1728     }
1729
1730   private:
1731     /// Forwards - Adds new properties into PropertySet and uses them to
1732     /// simplify instructions. Because new properties sometimes apply to
1733     /// a transition from one BasicBlock to another, this will use the
1734     /// PredicateSimplifier::proceedToSuccessor(s) interface to enter the
1735     /// basic block with the new PropertySet.
1736     /// @brief Performs abstract execution of the program.
1737     class VISIBILITY_HIDDEN Forwards : public InstVisitor<Forwards> {
1738       friend class InstVisitor<Forwards>;
1739       PredicateSimplifier *PS;
1740       DominatorTree::Node *DTNode;
1741
1742     public:
1743       InequalityGraph &IG;
1744       UnreachableBlocks &UB;
1745       ValueRanges &VR;
1746
1747       Forwards(PredicateSimplifier *PS, DominatorTree::Node *DTNode)
1748         : PS(PS), DTNode(DTNode), IG(*PS->IG), UB(PS->UB), VR(*PS->VR) {}
1749
1750       void visitTerminatorInst(TerminatorInst &TI);
1751       void visitBranchInst(BranchInst &BI);
1752       void visitSwitchInst(SwitchInst &SI);
1753
1754       void visitAllocaInst(AllocaInst &AI);
1755       void visitLoadInst(LoadInst &LI);
1756       void visitStoreInst(StoreInst &SI);
1757
1758       void visitSExtInst(SExtInst &SI);
1759       void visitZExtInst(ZExtInst &ZI);
1760
1761       void visitBinaryOperator(BinaryOperator &BO);
1762       void visitICmpInst(ICmpInst &IC);
1763     };
1764   
1765     // Used by terminator instructions to proceed from the current basic
1766     // block to the next. Verifies that "current" dominates "next",
1767     // then calls visitBasicBlock.
1768     void proceedToSuccessors(DominatorTree::Node *Current) {
1769       for (DominatorTree::Node::iterator I = Current->begin(),
1770            E = Current->end(); I != E; ++I) {
1771         WorkList.push_back(*I);
1772       }
1773     }
1774
1775     void proceedToSuccessor(DominatorTree::Node *Next) {
1776       WorkList.push_back(Next);
1777     }
1778
1779     // Visits each instruction in the basic block.
1780     void visitBasicBlock(DominatorTree::Node *Node) {
1781       BasicBlock *BB = Node->getBlock();
1782       ETNode *ET = Forest->getNodeForBlock(BB);
1783       DOUT << "Entering Basic Block: " << BB->getName()
1784            << " (" << ET->getDFSNumIn() << ")\n";
1785       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
1786         visitInstruction(I++, Node, ET);
1787       }
1788     }
1789
1790     // Tries to simplify each Instruction and add new properties to
1791     // the PropertySet.
1792     void visitInstruction(Instruction *I, DominatorTree::Node *DT, ETNode *ET) {
1793       DOUT << "Considering instruction " << *I << "\n";
1794       DEBUG(IG->dump());
1795
1796       // Sometimes instructions are killed in earlier analysis.
1797       if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1798         ++NumSimple;
1799         modified = true;
1800         IG->remove(I);
1801         I->eraseFromParent();
1802         return;
1803       }
1804
1805 #ifndef NDEBUG
1806       // Try to replace the whole instruction.
1807       Value *V = IG->canonicalize(I, ET);
1808       assert(V == I && "Late instruction canonicalization.");
1809       if (V != I) {
1810         modified = true;
1811         ++NumInstruction;
1812         DOUT << "Removing " << *I << ", replacing with " << *V << "\n";
1813         IG->remove(I);
1814         I->replaceAllUsesWith(V);
1815         I->eraseFromParent();
1816         return;
1817       }
1818
1819       // Try to substitute operands.
1820       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1821         Value *Oper = I->getOperand(i);
1822         Value *V = IG->canonicalize(Oper, ET);
1823         assert(V == Oper && "Late operand canonicalization.");
1824         if (V != Oper) {
1825           modified = true;
1826           ++NumVarsReplaced;
1827           DOUT << "Resolving " << *I;
1828           I->setOperand(i, V);
1829           DOUT << " into " << *I;
1830         }
1831       }
1832 #endif
1833
1834       std::string name = I->getParent()->getName();
1835       DOUT << "push (%" << name << ")\n";
1836       Forwards visit(this, DT);
1837       visit.visit(*I);
1838       DOUT << "pop (%" << name << ")\n";
1839     }
1840   };
1841
1842   bool PredicateSimplifier::runOnFunction(Function &F) {
1843     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1844     Forest = &getAnalysis<ETForest>();
1845
1846     Forest->updateDFSNumbers(); // XXX: should only act when numbers are out of date
1847
1848     DOUT << "Entering Function: " << F.getName() << "\n";
1849
1850     modified = false;
1851     BasicBlock *RootBlock = &F.getEntryBlock();
1852     IG = new InequalityGraph(Forest->getNodeForBlock(RootBlock));
1853     VR = new ValueRanges();
1854     WorkList.push_back(DT->getRootNode());
1855
1856     do {
1857       DominatorTree::Node *DTNode = WorkList.back();
1858       WorkList.pop_back();
1859       if (!UB.isDead(DTNode->getBlock())) visitBasicBlock(DTNode);
1860     } while (!WorkList.empty());
1861
1862     delete VR;
1863     delete IG;
1864
1865     modified |= UB.kill();
1866
1867     return modified;
1868   }
1869
1870   void PredicateSimplifier::Forwards::visitTerminatorInst(TerminatorInst &TI) {
1871     PS->proceedToSuccessors(DTNode);
1872   }
1873
1874   void PredicateSimplifier::Forwards::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
1875     if (BI.isUnconditional()) {
1876       PS->proceedToSuccessors(DTNode);
1877       return;
1878     }
1879
1880     Value *Condition = BI.getCondition();
1881     BasicBlock *TrueDest  = BI.getSuccessor(0);
1882     BasicBlock *FalseDest = BI.getSuccessor(1);
1883
1884     if (isa<Constant>(Condition) || TrueDest == FalseDest) {
1885       PS->proceedToSuccessors(DTNode);
1886       return;
1887     }
1888
1889     for (DominatorTree::Node::iterator I = DTNode->begin(), E = DTNode->end();
1890          I != E; ++I) {
1891       BasicBlock *Dest = (*I)->getBlock();
1892       DOUT << "Branch thinking about %" << Dest->getName()
1893            << "(" << PS->Forest->getNodeForBlock(Dest)->getDFSNumIn() << ")\n";
1894
1895       if (Dest == TrueDest) {
1896         DOUT << "(" << DTNode->getBlock()->getName() << ") true set:\n";
1897         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, Dest);
1898         VRP.add(ConstantInt::getTrue(), Condition, ICmpInst::ICMP_EQ);
1899         VRP.solve();
1900         DEBUG(IG.dump());
1901       } else if (Dest == FalseDest) {
1902         DOUT << "(" << DTNode->getBlock()->getName() << ") false set:\n";
1903         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, Dest);
1904         VRP.add(ConstantInt::getFalse(), Condition, ICmpInst::ICMP_EQ);
1905         VRP.solve();
1906         DEBUG(IG.dump());
1907       }
1908
1909       PS->proceedToSuccessor(*I);
1910     }
1911   }
1912
1913   void PredicateSimplifier::Forwards::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
1914     Value *Condition = SI.getCondition();
1915
1916     // Set the EQProperty in each of the cases BBs, and the NEProperties
1917     // in the default BB.
1918
1919     for (DominatorTree::Node::iterator I = DTNode->begin(), E = DTNode->end();
1920          I != E; ++I) {
1921       BasicBlock *BB = (*I)->getBlock();
1922       DOUT << "Switch thinking about BB %" << BB->getName()
1923            << "(" << PS->Forest->getNodeForBlock(BB)->getDFSNumIn() << ")\n";
1924
1925       VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, BB);
1926       if (BB == SI.getDefaultDest()) {
1927         for (unsigned i = 1, e = SI.getNumCases(); i < e; ++i)
1928           if (SI.getSuccessor(i) != BB)
1929             VRP.add(Condition, SI.getCaseValue(i), ICmpInst::ICMP_NE);
1930         VRP.solve();
1931       } else if (ConstantInt *CI = SI.findCaseDest(BB)) {
1932         VRP.add(Condition, CI, ICmpInst::ICMP_EQ);
1933         VRP.solve();
1934       }
1935       PS->proceedToSuccessor(*I);
1936     }
1937   }
1938
1939   void PredicateSimplifier::Forwards::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
1940     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &AI);
1941     VRP.add(Constant::getNullValue(AI.getType()), &AI, ICmpInst::ICMP_NE);
1942     VRP.solve();
1943   }
1944
1945   void PredicateSimplifier::Forwards::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
1946     Value *Ptr = LI.getPointerOperand();
1947     // avoid "load uint* null" -> null NE null.
1948     if (isa<Constant>(Ptr)) return;
1949
1950     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &LI);
1951     VRP.add(Constant::getNullValue(Ptr->getType()), Ptr, ICmpInst::ICMP_NE);
1952     VRP.solve();
1953   }
1954
1955   void PredicateSimplifier::Forwards::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
1956     Value *Ptr = SI.getPointerOperand();
1957     if (isa<Constant>(Ptr)) return;
1958
1959     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &SI);
1960     VRP.add(Constant::getNullValue(Ptr->getType()), Ptr, ICmpInst::ICMP_NE);
1961     VRP.solve();
1962   }
1963
1964   void PredicateSimplifier::Forwards::visitSExtInst(SExtInst &SI) {
1965     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &SI);
1966     uint32_t SrcBitWidth = cast<IntegerType>(SI.getSrcTy())->getBitWidth();
1967     uint32_t DstBitWidth = cast<IntegerType>(SI.getDestTy())->getBitWidth();
1968     APInt Min(APInt::getSignedMinValue(SrcBitWidth));
1969     APInt Max(APInt::getSignedMaxValue(SrcBitWidth));
1970     Min.sext(DstBitWidth);
1971     Max.sext(DstBitWidth);
1972     VRP.add(ConstantInt::get(Min), &SI, ICmpInst::ICMP_SLE);
1973     VRP.add(ConstantInt::get(Max), &SI, ICmpInst::ICMP_SGE);
1974     VRP.solve();
1975   }
1976
1977   void PredicateSimplifier::Forwards::visitZExtInst(ZExtInst &ZI) {
1978     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &ZI);
1979     uint32_t SrcBitWidth = cast<IntegerType>(ZI.getSrcTy())->getBitWidth();
1980     uint32_t DstBitWidth = cast<IntegerType>(ZI.getDestTy())->getBitWidth();
1981     APInt Max(APInt::getMaxValue(SrcBitWidth));
1982     Max.zext(DstBitWidth);
1983     VRP.add(ConstantInt::get(Max), &ZI, ICmpInst::ICMP_UGE);
1984     VRP.solve();
1985   }
1986
1987   void PredicateSimplifier::Forwards::visitBinaryOperator(BinaryOperator &BO) {
1988     Instruction::BinaryOps ops = BO.getOpcode();
1989
1990     switch (ops) {
1991     default: break;
1992       case Instruction::URem:
1993       case Instruction::SRem:
1994       case Instruction::UDiv:
1995       case Instruction::SDiv: {
1996         Value *Divisor = BO.getOperand(1);
1997         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
1998         VRP.add(Constant::getNullValue(Divisor->getType()), Divisor,
1999                 ICmpInst::ICMP_NE);
2000         VRP.solve();
2001         break;
2002       }
2003     }
2004
2005     switch (ops) {
2006       default: break;
2007       case Instruction::Shl: {
2008         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2009         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_UGE);
2010         VRP.solve();
2011       } break;
2012       case Instruction::AShr: {
2013         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2014         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_SLE);
2015         VRP.solve();
2016       } break;
2017       case Instruction::LShr:
2018       case Instruction::UDiv: {
2019         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2020         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_ULE);
2021         VRP.solve();
2022       } break;
2023       case Instruction::URem: {
2024         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2025         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_ULE);
2026         VRP.solve();
2027       } break;
2028       case Instruction::And: {
2029         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2030         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_ULE);
2031         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_ULE);
2032         VRP.solve();
2033       } break;
2034       case Instruction::Or: {
2035         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2036         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_UGE);
2037         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_UGE);
2038         VRP.solve();
2039       } break;
2040     }
2041   }
2042
2043   void PredicateSimplifier::Forwards::visitICmpInst(ICmpInst &IC) {
2044     // If possible, squeeze the ICmp predicate into something simpler.
2045     // Eg., if x = [0, 4) and we're being asked icmp uge %x, 3 then change
2046     // the predicate to eq.
2047
2048     ICmpInst::Predicate Pred = IC.getPredicate();
2049
2050     if (ConstantInt *Op1 = dyn_cast<ConstantInt>(IC.getOperand(1))) {
2051       ConstantInt *NextVal = 0;
2052       switch(Pred) {
2053         default: break;
2054         case ICmpInst::ICMP_SLT:
2055         case ICmpInst::ICMP_ULT:
2056           if (Op1->getValue() != 0)
2057             NextVal = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSub(
2058                           Op1, ConstantInt::get(Op1->getType(), 1)));
2059          break;
2060         case ICmpInst::ICMP_SGT:
2061         case ICmpInst::ICMP_UGT:
2062           if (!Op1->getValue().isAllOnesValue())
2063             NextVal = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getAdd(
2064                           Op1, ConstantInt::get(Op1->getType(), 1)));
2065          break;
2066
2067       }
2068       if (NextVal) {
2069         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &IC);
2070         if (VRP.isRelatedBy(IC.getOperand(0), NextVal,
2071                             ICmpInst::getInversePredicate(Pred))) {
2072           ICmpInst *NewIC = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, IC.getOperand(0),
2073                                          NextVal, "", &IC);
2074           NewIC->takeName(&IC);
2075           IC.replaceAllUsesWith(NewIC);
2076           IG.remove(&IC); // XXX: prove this isn't necessary
2077           IC.eraseFromParent();
2078           ++NumSnuggle;
2079           PS->modified = true;
2080           return;
2081         }
2082       }
2083     }
2084
2085     switch(Pred) {
2086       default: return;
2087       case ICmpInst::ICMP_ULE: Pred = ICmpInst::ICMP_ULT; break;
2088       case ICmpInst::ICMP_UGE: Pred = ICmpInst::ICMP_UGT; break;
2089       case ICmpInst::ICMP_SLE: Pred = ICmpInst::ICMP_SLT; break;
2090       case ICmpInst::ICMP_SGE: Pred = ICmpInst::ICMP_SGT; break;
2091     }
2092     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &IC);
2093     if (VRP.isRelatedBy(IC.getOperand(1), IC.getOperand(0), Pred)) {
2094       ++NumSnuggle;
2095       PS->modified = true;
2096       IC.setPredicate(Pred);
2097     }
2098   }
2099
2100   RegisterPass<PredicateSimplifier> X("predsimplify",
2101                                       "Predicate Simplifier");
2102 }
2103
2104 FunctionPass *llvm::createPredicateSimplifierPass() {
2105   return new PredicateSimplifier();
2106 }