Use TargetData to find the size of a type.
[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, nor an empty range
79 // since that is better stored in UnreachableBlocks.
80 //
81 //===----------------------------------------------------------------------===//
82
83 #define DEBUG_TYPE "predsimplify"
84 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
85 #include "llvm/Constants.h"
86 #include "llvm/DerivedTypes.h"
87 #include "llvm/Instructions.h"
88 #include "llvm/Pass.h"
89 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
90 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
91 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
92 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
93 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
94 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
95 #include "llvm/Analysis/ET-Forest.h"
96 #include "llvm/Support/CFG.h"
97 #include "llvm/Support/Compiler.h"
98 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
99 #include "llvm/Support/Debug.h"
100 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
101 #include "llvm/Target/TargetData.h"
102 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
103 #include <algorithm>
104 #include <deque>
105 #include <sstream>
106 using namespace llvm;
107
108 STATISTIC(NumVarsReplaced, "Number of argument substitutions");
109 STATISTIC(NumInstruction , "Number of instructions removed");
110 STATISTIC(NumSimple      , "Number of simple replacements");
111 STATISTIC(NumBlocks      , "Number of blocks marked unreachable");
112 STATISTIC(NumSnuggle     , "Number of comparisons snuggled");
113
114 namespace {
115   // SLT SGT ULT UGT EQ
116   //   0   1   0   1  0 -- GT                  10
117   //   0   1   0   1  1 -- GE                  11
118   //   0   1   1   0  0 -- SGTULT              12
119   //   0   1   1   0  1 -- SGEULE              13
120   //   0   1   1   1  0 -- SGT                 14
121   //   0   1   1   1  1 -- SGE                 15
122   //   1   0   0   1  0 -- SLTUGT              18
123   //   1   0   0   1  1 -- SLEUGE              19
124   //   1   0   1   0  0 -- LT                  20
125   //   1   0   1   0  1 -- LE                  21
126   //   1   0   1   1  0 -- SLT                 22
127   //   1   0   1   1  1 -- SLE                 23
128   //   1   1   0   1  0 -- UGT                 26
129   //   1   1   0   1  1 -- UGE                 27
130   //   1   1   1   0  0 -- ULT                 28
131   //   1   1   1   0  1 -- ULE                 29
132   //   1   1   1   1  0 -- NE                  30
133   enum LatticeBits {
134     EQ_BIT = 1, UGT_BIT = 2, ULT_BIT = 4, SGT_BIT = 8, SLT_BIT = 16
135   };
136   enum LatticeVal {
137     GT = SGT_BIT | UGT_BIT,
138     GE = GT | EQ_BIT,
139     LT = SLT_BIT | ULT_BIT,
140     LE = LT | EQ_BIT,
141     NE = SLT_BIT | SGT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
142     SGTULT = SGT_BIT | ULT_BIT,
143     SGEULE = SGTULT | EQ_BIT,
144     SLTUGT = SLT_BIT | UGT_BIT,
145     SLEUGE = SLTUGT | EQ_BIT,
146     ULT = SLT_BIT | SGT_BIT | ULT_BIT,
147     UGT = SLT_BIT | SGT_BIT | UGT_BIT,
148     SLT = SLT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
149     SGT = SGT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
150     SLE = SLT | EQ_BIT,
151     SGE = SGT | EQ_BIT,
152     ULE = ULT | EQ_BIT,
153     UGE = UGT | EQ_BIT
154   };
155
156   static bool validPredicate(LatticeVal LV) {
157     switch (LV) {
158       case GT: case GE: case LT: case LE: case NE:
159       case SGTULT: case SGT: case SGEULE:
160       case SLTUGT: case SLT: case SLEUGE:
161       case ULT: case UGT:
162       case SLE: case SGE: case ULE: case UGE:
163         return true;
164       default:
165         return false;
166     }
167   }
168
169   /// reversePredicate - reverse the direction of the inequality
170   static LatticeVal reversePredicate(LatticeVal LV) {
171     unsigned reverse = LV ^ (SLT_BIT|SGT_BIT|ULT_BIT|UGT_BIT); //preserve EQ_BIT
172
173     if ((reverse & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
174       reverse |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
175
176     if ((reverse & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
177       reverse |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
178
179     LatticeVal Rev = static_cast<LatticeVal>(reverse);
180     assert(validPredicate(Rev) && "Failed reversing predicate.");
181     return Rev;
182   }
183
184   /// This is a StrictWeakOrdering predicate that sorts ETNodes by how many
185   /// descendants they have. With this, you can iterate through a list sorted
186   /// by this operation and the first matching entry is the most specific
187   /// match for your basic block. The order provided is stable; ETNodes with
188   /// the same number of children are sorted by pointer address.
189   struct VISIBILITY_HIDDEN OrderByDominance {
190     bool operator()(const ETNode *LHS, const ETNode *RHS) const {
191       unsigned LHS_spread = LHS->getDFSNumOut() - LHS->getDFSNumIn();
192       unsigned RHS_spread = RHS->getDFSNumOut() - RHS->getDFSNumIn();
193       if (LHS_spread != RHS_spread) return LHS_spread < RHS_spread;
194       else return LHS < RHS;
195     }
196   };
197
198   /// The InequalityGraph stores the relationships between values.
199   /// Each Value in the graph is assigned to a Node. Nodes are pointer
200   /// comparable for equality. The caller is expected to maintain the logical
201   /// consistency of the system.
202   ///
203   /// The InequalityGraph class may invalidate Node*s after any mutator call.
204   /// @brief The InequalityGraph stores the relationships between values.
205   class VISIBILITY_HIDDEN InequalityGraph {
206     ETNode *TreeRoot;
207
208     InequalityGraph();                  // DO NOT IMPLEMENT
209     InequalityGraph(InequalityGraph &); // DO NOT IMPLEMENT
210   public:
211     explicit InequalityGraph(ETNode *TreeRoot) : TreeRoot(TreeRoot) {}
212
213     class Node;
214
215     /// An Edge is contained inside a Node making one end of the edge implicit
216     /// and contains a pointer to the other end. The edge contains a lattice
217     /// value specifying the relationship and an ETNode specifying the root
218     /// in the dominator tree to which this edge applies.
219     class VISIBILITY_HIDDEN Edge {
220     public:
221       Edge(unsigned T, LatticeVal V, ETNode *ST)
222         : To(T), LV(V), Subtree(ST) {}
223
224       unsigned To;
225       LatticeVal LV;
226       ETNode *Subtree;
227
228       bool operator<(const Edge &edge) const {
229         if (To != edge.To) return To < edge.To;
230         else return OrderByDominance()(Subtree, edge.Subtree);
231       }
232       bool operator<(unsigned to) const {
233         return To < to;
234       }
235     };
236
237     /// A single node in the InequalityGraph. This stores the canonical Value
238     /// for the node, as well as the relationships with the neighbours.
239     ///
240     /// @brief A single node in the InequalityGraph.
241     class VISIBILITY_HIDDEN Node {
242       friend class InequalityGraph;
243
244       typedef SmallVector<Edge, 4> RelationsType;
245       RelationsType Relations;
246
247       Value *Canonical;
248
249       // TODO: can this idea improve performance?
250       //friend class std::vector<Node>;
251       //Node(Node &N) { RelationsType.swap(N.RelationsType); }
252
253     public:
254       typedef RelationsType::iterator       iterator;
255       typedef RelationsType::const_iterator const_iterator;
256
257       Node(Value *V) : Canonical(V) {}
258
259     private:
260 #ifndef NDEBUG
261     public:
262       virtual ~Node() {}
263       virtual void dump() const {
264         dump(*cerr.stream());
265       }
266     private:
267       void dump(std::ostream &os) const  {
268         os << *getValue() << ":\n";
269         for (Node::const_iterator NI = begin(), NE = end(); NI != NE; ++NI) {
270           static const std::string names[32] =
271             { "000000", "000001", "000002", "000003", "000004", "000005",
272               "000006", "000007", "000008", "000009", "     >", "    >=",
273               "  s>u<", "s>=u<=", "    s>", "   s>=", "000016", "000017",
274               "  s<u>", "s<=u>=", "     <", "    <=", "    s<", "   s<=",
275               "000024", "000025", "    u>", "   u>=", "    u<", "   u<=",
276               "    !=", "000031" };
277           os << "  " << names[NI->LV] << " " << NI->To
278              << " (" << NI->Subtree->getDFSNumIn() << ")\n";
279         }
280       }
281 #endif
282
283     public:
284       iterator begin()             { return Relations.begin(); }
285       iterator end()               { return Relations.end();   }
286       const_iterator begin() const { return Relations.begin(); }
287       const_iterator end()   const { return Relations.end();   }
288
289       iterator find(unsigned n, ETNode *Subtree) {
290         iterator E = end();
291         for (iterator I = std::lower_bound(begin(), E, n);
292              I != E && I->To == n; ++I) {
293           if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
294             return I;
295         }
296         return E;
297       }
298
299       const_iterator find(unsigned n, ETNode *Subtree) const {
300         const_iterator E = end();
301         for (const_iterator I = std::lower_bound(begin(), E, n);
302              I != E && I->To == n; ++I) {
303           if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
304             return I;
305         }
306         return E;
307       }
308
309       Value *getValue() const
310       {
311         return Canonical;
312       }
313
314       /// Updates the lattice value for a given node. Create a new entry if
315       /// one doesn't exist, otherwise it merges the values. The new lattice
316       /// value must not be inconsistent with any previously existing value.
317       void update(unsigned n, LatticeVal R, ETNode *Subtree) {
318         assert(validPredicate(R) && "Invalid predicate.");
319         iterator I = find(n, Subtree);
320         if (I == end()) {
321           Edge edge(n, R, Subtree);
322           iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), edge);
323           Relations.insert(Insert, edge);
324         } else {
325           LatticeVal LV = static_cast<LatticeVal>(I->LV & R);
326           assert(validPredicate(LV) && "Invalid union of lattice values.");
327           if (LV != I->LV) {
328             if (Subtree != I->Subtree) {
329               assert(Subtree->DominatedBy(I->Subtree) &&
330                      "Find returned subtree that doesn't apply.");
331
332               Edge edge(n, R, Subtree);
333               iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), edge);
334               Relations.insert(Insert, edge); // invalidates I
335               I = find(n, Subtree);
336             }
337
338             // Also, we have to tighten any edge that Subtree dominates.
339             for (iterator B = begin(); I->To == n; --I) {
340               if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree)) {
341                 LatticeVal LV = static_cast<LatticeVal>(I->LV & R);
342                 assert(validPredicate(LV) && "Invalid union of lattice values.");
343                 I->LV = LV;
344               }
345               if (I == B) break;
346             }
347           }
348         }
349       }
350     };
351
352   private:
353     struct VISIBILITY_HIDDEN NodeMapEdge {
354       Value *V;
355       unsigned index;
356       ETNode *Subtree;
357
358       NodeMapEdge(Value *V, unsigned index, ETNode *Subtree)
359         : V(V), index(index), Subtree(Subtree) {}
360
361       bool operator==(const NodeMapEdge &RHS) const {
362         return V == RHS.V &&
363                Subtree == RHS.Subtree;
364       }
365
366       bool operator<(const NodeMapEdge &RHS) const {
367         if (V != RHS.V) return V < RHS.V;
368         return OrderByDominance()(Subtree, RHS.Subtree);
369       }
370
371       bool operator<(Value *RHS) const {
372         return V < RHS;
373       }
374     };
375
376     typedef std::vector<NodeMapEdge> NodeMapType;
377     NodeMapType NodeMap;
378
379     std::vector<Node> Nodes;
380
381   public:
382     /// node - returns the node object at a given index retrieved from getNode.
383     /// Index zero is reserved and may not be passed in here. The pointer
384     /// returned is valid until the next call to newNode or getOrInsertNode.
385     Node *node(unsigned index) {
386       assert(index != 0 && "Zero index is reserved for not found.");
387       assert(index <= Nodes.size() && "Index out of range.");
388       return &Nodes[index-1];
389     }
390
391     /// Returns the node currently representing Value V, or zero if no such
392     /// node exists.
393     unsigned getNode(Value *V, ETNode *Subtree) {
394       NodeMapType::iterator E = NodeMap.end();
395       NodeMapEdge Edge(V, 0, Subtree);
396       NodeMapType::iterator I = std::lower_bound(NodeMap.begin(), E, Edge);
397       while (I != E && I->V == V) {
398         if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
399           return I->index;
400         ++I;
401       }
402       return 0;
403     }
404
405     /// getOrInsertNode - always returns a valid node index, creating a node
406     /// to match the Value if needed.
407     unsigned getOrInsertNode(Value *V, ETNode *Subtree) {
408       if (unsigned n = getNode(V, Subtree))
409         return n;
410       else
411         return newNode(V);
412     }
413
414     /// newNode - creates a new node for a given Value and returns the index.
415     unsigned newNode(Value *V) {
416       Nodes.push_back(Node(V));
417
418       NodeMapEdge MapEntry = NodeMapEdge(V, Nodes.size(), TreeRoot);
419       assert(!std::binary_search(NodeMap.begin(), NodeMap.end(), MapEntry) &&
420              "Attempt to create a duplicate Node.");
421       NodeMap.insert(std::lower_bound(NodeMap.begin(), NodeMap.end(),
422                                       MapEntry), MapEntry);
423       return MapEntry.index;
424     }
425
426     /// If the Value is in the graph, return the canonical form. Otherwise,
427     /// return the original Value.
428     Value *canonicalize(Value *V, ETNode *Subtree) {
429       if (isa<Constant>(V)) return V;
430
431       if (unsigned n = getNode(V, Subtree))
432         return node(n)->getValue();
433       else 
434         return V;
435     }
436
437     /// isRelatedBy - true iff n1 op n2
438     bool isRelatedBy(unsigned n1, unsigned n2, ETNode *Subtree, LatticeVal LV) {
439       if (n1 == n2) return LV & EQ_BIT;
440
441       Node *N1 = node(n1);
442       Node::iterator I = N1->find(n2, Subtree), E = N1->end();
443       if (I != E) return (I->LV & LV) == I->LV;
444
445       return false;
446     }
447
448     // The add* methods assume that your input is logically valid and may 
449     // assertion-fail or infinitely loop if you attempt a contradiction.
450
451     void addEquality(unsigned n, Value *V, ETNode *Subtree) {
452       assert(canonicalize(node(n)->getValue(), Subtree) == node(n)->getValue()
453              && "Node's 'canonical' choice isn't best within this subtree.");
454
455       // Suppose that we are given "%x -> node #1 (%y)". The problem is that
456       // we may already have "%z -> node #2 (%x)" somewhere above us in the
457       // graph. We need to find those edges and add "%z -> node #1 (%y)"
458       // to keep the lookups canonical.
459
460       std::vector<Value *> ToRepoint;
461       ToRepoint.push_back(V);
462
463       if (unsigned Conflict = getNode(V, Subtree)) {
464         // XXX: NodeMap.size() exceeds 68,000 entries compiling kimwitu++!
465         for (NodeMapType::iterator I = NodeMap.begin(), E = NodeMap.end();
466              I != E; ++I) {
467           if (I->index == Conflict && Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
468             ToRepoint.push_back(I->V);
469         }
470       }
471
472       for (std::vector<Value *>::iterator VI = ToRepoint.begin(),
473            VE = ToRepoint.end(); VI != VE; ++VI) {
474         Value *V = *VI;
475
476         // XXX: review this code. This may be doing too many insertions.
477         NodeMapEdge Edge(V, n, Subtree);
478         NodeMapType::iterator E = NodeMap.end();
479         NodeMapType::iterator I = std::lower_bound(NodeMap.begin(), E, Edge);
480         if (I == E || I->V != V || I->Subtree != Subtree) {
481           // New Value
482           NodeMap.insert(I, Edge);
483         } else if (I != E && I->V == V && I->Subtree == Subtree) {
484           // Update best choice
485           I->index = n;
486         }
487
488 #ifndef NDEBUG
489         Node *N = node(n);
490         if (isa<Constant>(V)) {
491           if (isa<Constant>(N->getValue())) {
492             assert(V == N->getValue() && "Constant equals different constant?");
493           }
494         }
495 #endif
496       }
497     }
498
499     /// addInequality - Sets n1 op n2.
500     /// It is also an error to call this on an inequality that is already true.
501     void addInequality(unsigned n1, unsigned n2, ETNode *Subtree,
502                        LatticeVal LV1) {
503       assert(n1 != n2 && "A node can't be inequal to itself.");
504
505       if (LV1 != NE)
506         assert(!isRelatedBy(n1, n2, Subtree, reversePredicate(LV1)) &&
507                "Contradictory inequality.");
508
509       Node *N1 = node(n1);
510       Node *N2 = node(n2);
511
512       // Suppose we're adding %n1 < %n2. Find all the %a < %n1 and
513       // add %a < %n2 too. This keeps the graph fully connected.
514       if (LV1 != NE) {
515         // Someone with a head for this sort of logic, please review this.
516         // Given that %x SLTUGT %y and %a SLE %x, what is the relationship
517         // between %a and %y? I believe the below code is correct, but I don't
518         // think it's the most efficient solution.
519
520         unsigned LV1_s = LV1 & (SLT_BIT|SGT_BIT);
521         unsigned LV1_u = LV1 & (ULT_BIT|UGT_BIT);
522         for (Node::iterator I = N1->begin(), E = N1->end(); I != E; ++I) {
523           if (I->LV != NE && I->To != n2) {
524             ETNode *Local_Subtree = NULL;
525             if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
526               Local_Subtree = Subtree;
527             else if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree))
528               Local_Subtree = I->Subtree;
529
530             if (Local_Subtree) {
531               unsigned new_relationship = 0;
532               LatticeVal ILV = reversePredicate(I->LV);
533               unsigned ILV_s = ILV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
534               unsigned ILV_u = ILV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
535
536               if (LV1_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == LV1_s)
537                 new_relationship |= ILV_s;
538
539               if (LV1_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == LV1_u)
540                 new_relationship |= ILV_u;
541
542               if (new_relationship) {
543                 if ((new_relationship & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
544                   new_relationship |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
545                 if ((new_relationship & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
546                   new_relationship |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
547                 if ((LV1 & EQ_BIT) && (ILV & EQ_BIT))
548                   new_relationship |= EQ_BIT;
549
550                 LatticeVal NewLV = static_cast<LatticeVal>(new_relationship);
551
552                 node(I->To)->update(n2, NewLV, Local_Subtree);
553                 N2->update(I->To, reversePredicate(NewLV), Local_Subtree);
554               }
555             }
556           }
557         }
558
559         for (Node::iterator I = N2->begin(), E = N2->end(); I != E; ++I) {
560           if (I->LV != NE && I->To != n1) {
561             ETNode *Local_Subtree = NULL;
562             if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
563               Local_Subtree = Subtree;
564             else if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree))
565               Local_Subtree = I->Subtree;
566
567             if (Local_Subtree) {
568               unsigned new_relationship = 0;
569               unsigned ILV_s = I->LV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
570               unsigned ILV_u = I->LV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
571
572               if (LV1_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == LV1_s)
573                 new_relationship |= ILV_s;
574
575               if (LV1_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == LV1_u)
576                 new_relationship |= ILV_u;
577
578               if (new_relationship) {
579                 if ((new_relationship & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
580                   new_relationship |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
581                 if ((new_relationship & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
582                   new_relationship |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
583                 if ((LV1 & EQ_BIT) && (I->LV & EQ_BIT))
584                   new_relationship |= EQ_BIT;
585
586                 LatticeVal NewLV = static_cast<LatticeVal>(new_relationship);
587
588                 N1->update(I->To, NewLV, Local_Subtree);
589                 node(I->To)->update(n1, reversePredicate(NewLV), Local_Subtree);
590               }
591             }
592           }
593         }
594       }
595
596       N1->update(n2, LV1, Subtree);
597       N2->update(n1, reversePredicate(LV1), Subtree);
598     }
599
600     /// remove - Removes a Value from the graph. If the value is the canonical
601     /// choice for a Node, destroys the Node from the graph deleting all edges
602     /// to and from it. This method does not renumber the nodes.
603     void remove(Value *V) {
604       for (unsigned i = 0; i < NodeMap.size();) {
605         NodeMapType::iterator I = NodeMap.begin()+i;
606         if (I->V == V) {
607           Node *N = node(I->index);
608           if (node(I->index)->getValue() == V) {
609             for (Node::iterator NI = N->begin(), NE = N->end(); NI != NE; ++NI){
610               Node::iterator Iter = node(NI->To)->find(I->index, TreeRoot);
611               do {
612                 node(NI->To)->Relations.erase(Iter);
613                 Iter = node(NI->To)->find(I->index, TreeRoot);
614               } while (Iter != node(NI->To)->end());
615             }
616             N->Canonical = NULL;
617           }
618           N->Relations.clear();
619           NodeMap.erase(I);
620         } else ++i;
621       }
622     }
623
624 #ifndef NDEBUG
625     virtual ~InequalityGraph() {}
626     virtual void dump() {
627       dump(*cerr.stream());
628     }
629
630     void dump(std::ostream &os) {
631     std::set<Node *> VisitedNodes;
632     for (NodeMapType::const_iterator I = NodeMap.begin(), E = NodeMap.end();
633          I != E; ++I) {
634       Node *N = node(I->index);
635       os << *I->V << " == " << I->index
636          << "(" << I->Subtree->getDFSNumIn() << ")\n";
637       if (VisitedNodes.insert(N).second) {
638         os << I->index << ". ";
639         if (!N->getValue()) os << "(deleted node)\n";
640         else N->dump(os);
641       }
642     }
643   }
644 #endif
645   };
646
647   class VRPSolver;
648
649   /// ValueRanges tracks the known integer ranges and anti-ranges of the nodes
650   /// in the InequalityGraph.
651   class VISIBILITY_HIDDEN ValueRanges {
652
653     /// A ScopedRange ties an InequalityGraph node with a ConstantRange under
654     /// the scope of a rooted subtree in the dominator tree.
655     class VISIBILITY_HIDDEN ScopedRange {
656     public:
657       ScopedRange(Value *V, ConstantRange CR, ETNode *ST)
658         : V(V), CR(CR), Subtree(ST) {}
659
660       Value *V;
661       ConstantRange CR;
662       ETNode *Subtree;
663
664       bool operator<(const ScopedRange &range) const {
665         if (V != range.V) return V < range.V;
666         else return OrderByDominance()(Subtree, range.Subtree);
667       }
668
669       bool operator<(const Value *value) const {
670         return V < value;
671       }
672     };
673
674     TargetData *TD;
675
676     std::vector<ScopedRange> Ranges;
677     typedef std::vector<ScopedRange>::iterator iterator;
678
679     // XXX: this is a copy of the code in InequalityGraph::Node. Perhaps a
680     // intrusive domtree-scoped container is in order?
681
682     iterator begin() { return Ranges.begin(); }
683     iterator end()   { return Ranges.end();   }
684
685     iterator find(Value *V, ETNode *Subtree) {
686       iterator E = end();
687       for (iterator I = std::lower_bound(begin(), E, V);
688            I != E && I->V == V; ++I) {
689         if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
690           return I;
691       }
692       return E;
693     }
694
695     void update(Value *V, ConstantRange CR, ETNode *Subtree) {
696       assert(!CR.isEmptySet() && "Empty ConstantRange!");
697       if (CR.isFullSet()) return;
698
699       iterator I = find(V, Subtree);
700       if (I == end()) {
701         ScopedRange range(V, CR, Subtree);
702         iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), range);
703         Ranges.insert(Insert, range);
704       } else {
705         CR = CR.intersectWith(I->CR);
706         assert(!CR.isEmptySet() && "Empty intersection of ConstantRanges!");
707
708         if (CR != I->CR) {
709           if (Subtree != I->Subtree) {
710             assert(Subtree->DominatedBy(I->Subtree) &&
711                    "Find returned subtree that doesn't apply.");
712
713             ScopedRange range(V, CR, Subtree);
714             iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), range);
715             Ranges.insert(Insert, range); // invalidates I
716             I = find(V, Subtree);
717           }
718
719           // Also, we have to tighten any edge that Subtree dominates.
720           for (iterator B = begin(); I->V == V; --I) {
721             if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree)) {
722               CR = CR.intersectWith(I->CR);
723               assert(!CR.isEmptySet() &&
724                      "Empty intersection of ConstantRanges!");
725               I->CR = CR;
726             }
727             if (I == B) break;
728           }
729         }
730       }
731     }
732
733     /// range - Creates a ConstantRange representing the set of all values
734     /// that match the ICmpInst::Predicate with any of the values in CR.
735     ConstantRange range(ICmpInst::Predicate ICmpOpcode,
736                         const ConstantRange &CR) {
737       uint32_t W = CR.getBitWidth();
738       switch (ICmpOpcode) {
739         default: assert(!"Invalid ICmp opcode to range()");
740         case ICmpInst::ICMP_EQ:
741           return ConstantRange(CR.getLower(), CR.getUpper());
742         case ICmpInst::ICMP_NE:
743           if (CR.isSingleElement())
744             return ConstantRange(CR.getUpper(), CR.getLower());
745           return ConstantRange(W);
746         case ICmpInst::ICMP_ULT:
747           return ConstantRange(APInt::getMinValue(W), CR.getUnsignedMax());
748         case ICmpInst::ICMP_SLT:
749           return ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(W), CR.getSignedMax());
750         case ICmpInst::ICMP_ULE: {
751           APInt UMax = CR.getUnsignedMax();
752           if (UMax == APInt::getMaxValue(W))
753             return ConstantRange(W);
754           return ConstantRange(APInt::getMinValue(W), UMax + 1);
755         }
756         case ICmpInst::ICMP_SLE: {
757           APInt SMax = CR.getSignedMax();
758           if (SMax     == APInt::getSignedMaxValue(W) ||
759               SMax + 1 == APInt::getSignedMaxValue(W))
760             return ConstantRange(W);
761           return ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(W), SMax + 1);
762         }
763         case ICmpInst::ICMP_UGT:
764           return ConstantRange(CR.getUnsignedMin() + 1, 
765                                APInt::getMaxValue(W) + 1);
766         case ICmpInst::ICMP_SGT:
767           return ConstantRange(CR.getSignedMin() + 1,
768                                APInt::getSignedMaxValue(W) + 1);
769         case ICmpInst::ICMP_UGE: {
770           APInt UMin = CR.getUnsignedMin();
771           if (UMin == APInt::getMinValue(W))
772             return ConstantRange(W);
773           return ConstantRange(UMin, APInt::getMaxValue(W) + 1);
774         }
775         case ICmpInst::ICMP_SGE: {
776           APInt SMin = CR.getSignedMin();
777           if (SMin == APInt::getSignedMinValue(W))
778             return ConstantRange(W);
779           return ConstantRange(SMin, APInt::getSignedMaxValue(W) + 1);
780         }
781       }
782     }
783
784     /// create - Creates a ConstantRange that matches the given LatticeVal
785     /// relation with a given integer.
786     ConstantRange create(LatticeVal LV, const ConstantRange &CR) {
787       assert(!CR.isEmptySet() && "Can't deal with empty set.");
788
789       if (LV == NE)
790         return range(ICmpInst::ICMP_NE, CR);
791
792       unsigned LV_s = LV & (SGT_BIT|SLT_BIT);
793       unsigned LV_u = LV & (UGT_BIT|ULT_BIT);
794       bool hasEQ = LV & EQ_BIT;
795
796       ConstantRange Range(CR.getBitWidth());
797
798       if (LV_s == SGT_BIT) {
799         Range = Range.intersectWith(range(
800                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_SGE : ICmpInst::ICMP_SGT, CR));
801       } else if (LV_s == SLT_BIT) {
802         Range = Range.intersectWith(range(
803                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_SLE : ICmpInst::ICMP_SLT, CR));
804       }
805
806       if (LV_u == UGT_BIT) {
807         Range = Range.intersectWith(range(
808                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_UGT, CR));
809       } else if (LV_u == ULT_BIT) {
810         Range = Range.intersectWith(range(
811                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_ULE : ICmpInst::ICMP_ULT, CR));
812       }
813
814       return Range;
815     }
816
817     // rangeFromValue - converts a Value into a range. If the value is a
818     // constant it constructs the single element range, otherwise it performs
819     // a lookup. The width W must be retrieved from typeToWidth and may not
820     // be zero.
821     ConstantRange rangeFromValue(Value *V, ETNode *Subtree, uint32_t W) {
822       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
823         return ConstantRange(C->getValue());
824       } else if (isa<ConstantPointerNull>(V)) {
825         return ConstantRange(APInt::getNullValue(W));
826       } else {
827         iterator I = find(V, Subtree);
828         if (I != end())
829           return I->CR;
830       }
831       return ConstantRange(W);
832     }
833
834     // typeToWidth - returns the number of bits necessary to store a value of
835     // this type, or zero if unknown.
836     uint32_t typeToWidth(const Type *Ty) const {
837       if (TD)
838         return TD->getTypeSizeInBits(Ty);
839
840       if (const IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
841         return ITy->getBitWidth();
842
843       return 0;
844     }
845
846 #ifndef NDEBUG
847     bool isCanonical(Value *V, ETNode *Subtree, VRPSolver *VRP);
848 #endif
849
850   public:
851
852     explicit ValueRanges(TargetData *TD) : TD(TD) {}
853
854     bool isRelatedBy(Value *V1, Value *V2, ETNode *Subtree, LatticeVal LV) {
855       uint32_t W = typeToWidth(V1->getType());
856       if (!W) return false;
857
858       ConstantRange CR1 = rangeFromValue(V1, Subtree, W);
859       ConstantRange CR2 = rangeFromValue(V2, Subtree, W);
860
861       // True iff all values in CR1 are LV to all values in CR2.
862       switch (LV) {
863       default: assert(!"Impossible lattice value!");
864       case NE:
865         return CR1.intersectWith(CR2).isEmptySet();
866       case ULT:
867         return CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin());
868       case ULE:
869         return CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin());
870       case UGT:
871         return CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax());
872       case UGE:
873         return CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax());
874       case SLT:
875         return CR1.getSignedMax().slt(CR2.getSignedMin());
876       case SLE:
877         return CR1.getSignedMax().sle(CR2.getSignedMin());
878       case SGT:
879         return CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax());
880       case SGE:
881         return CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax());
882       case LT:
883         return CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin()) &&
884                CR1.getSignedMax().slt(CR2.getUnsignedMin());
885       case LE:
886         return CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin()) &&
887                CR1.getSignedMax().sle(CR2.getUnsignedMin());
888       case GT:
889         return CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax()) &&
890                CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax());
891       case GE:
892         return CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax()) &&
893                CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax());
894       case SLTUGT:
895         return CR1.getSignedMax().slt(CR2.getSignedMin()) &&
896                CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax());
897       case SLEUGE:
898         return CR1.getSignedMax().sle(CR2.getSignedMin()) &&
899                CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax());
900       case SGTULT:
901         return CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax()) &&
902                CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin());
903       case SGEULE:
904         return CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax()) &&
905                CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin());
906       }
907     }
908
909     void addToWorklist(Value *V, const APInt *I, ICmpInst::Predicate Pred,
910                        VRPSolver *VRP);
911
912     void mergeInto(Value **I, unsigned n, Value *New, ETNode *Subtree,
913                    VRPSolver *VRP) {
914       assert(isCanonical(New, Subtree, VRP) && "Best choice not canonical?");
915
916       uint32_t W = typeToWidth(New->getType());
917       if (!W) return;
918
919       ConstantRange CR_New = rangeFromValue(New, Subtree, W);
920       ConstantRange Merged = CR_New;
921
922       for (; n != 0; ++I, --n) {
923         ConstantRange CR_Kill = rangeFromValue(*I, Subtree, W);
924         if (CR_Kill.isFullSet()) continue;
925         Merged = Merged.intersectWith(CR_Kill);
926       }
927
928       if (Merged.isFullSet() || Merged == CR_New) return;
929
930       if (Merged.isSingleElement())
931         addToWorklist(New, Merged.getSingleElement(),
932                       ICmpInst::ICMP_EQ, VRP);
933       else
934         update(New, Merged, Subtree);
935     }
936
937     void addInequality(Value *V1, Value *V2, ETNode *Subtree, LatticeVal LV,
938                        VRPSolver *VRP) {
939       assert(!isRelatedBy(V1, V2, Subtree, LV) && "Asked to do useless work.");
940
941       assert(isCanonical(V1, Subtree, VRP) && "Value not canonical.");
942       assert(isCanonical(V2, Subtree, VRP) && "Value not canonical.");
943
944       if (LV == NE) return; // we can't represent those.
945       // XXX: except in the case where isSingleElement and equal to either
946       // Lower or Upper. That's probably not profitable. (Type::Int1Ty?)
947
948       uint32_t W = typeToWidth(V1->getType());
949       if (!W) return;
950
951       ConstantRange CR1 = rangeFromValue(V1, Subtree, W);
952       ConstantRange CR2 = rangeFromValue(V2, Subtree, W);
953
954       if (!CR1.isSingleElement()) {
955         ConstantRange NewCR1 = CR1.intersectWith(create(LV, CR2));
956         if (NewCR1 != CR1) {
957           if (NewCR1.isSingleElement())
958             addToWorklist(V1, NewCR1.getSingleElement(),
959                           ICmpInst::ICMP_EQ, VRP);
960           else
961             update(V1, NewCR1, Subtree);
962         }
963       }
964
965       if (!CR2.isSingleElement()) {
966         ConstantRange NewCR2 = CR2.intersectWith(create(reversePredicate(LV),
967                                                         CR1));
968         if (NewCR2 != CR2) {
969           if (NewCR2.isSingleElement())
970             addToWorklist(V2, NewCR2.getSingleElement(),
971                           ICmpInst::ICMP_EQ, VRP);
972           else
973             update(V2, NewCR2, Subtree);
974         }
975       }
976     }
977   };
978
979   /// UnreachableBlocks keeps tracks of blocks that are for one reason or
980   /// another discovered to be unreachable. This is used to cull the graph when
981   /// analyzing instructions, and to mark blocks with the "unreachable"
982   /// terminator instruction after the function has executed.
983   class VISIBILITY_HIDDEN UnreachableBlocks {
984   private:
985     std::vector<BasicBlock *> DeadBlocks;
986
987   public:
988     /// mark - mark a block as dead
989     void mark(BasicBlock *BB) {
990       std::vector<BasicBlock *>::iterator E = DeadBlocks.end();
991       std::vector<BasicBlock *>::iterator I =
992         std::lower_bound(DeadBlocks.begin(), E, BB);
993
994       if (I == E || *I != BB) DeadBlocks.insert(I, BB);
995     }
996
997     /// isDead - returns whether a block is known to be dead already
998     bool isDead(BasicBlock *BB) {
999       std::vector<BasicBlock *>::iterator E = DeadBlocks.end();
1000       std::vector<BasicBlock *>::iterator I =
1001         std::lower_bound(DeadBlocks.begin(), E, BB);
1002
1003       return I != E && *I == BB;
1004     }
1005
1006     /// kill - replace the dead blocks' terminator with an UnreachableInst.
1007     bool kill() {
1008       bool modified = false;
1009       for (std::vector<BasicBlock *>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
1010            E = DeadBlocks.end(); I != E; ++I) {
1011         BasicBlock *BB = *I;
1012
1013         DOUT << "unreachable block: " << BB->getName() << "\n";
1014
1015         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB);
1016              SI != SE; ++SI) {
1017           BasicBlock *Succ = *SI;
1018           Succ->removePredecessor(BB);
1019         }
1020
1021         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1022         TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
1023         TI->eraseFromParent();
1024         new UnreachableInst(BB);
1025         ++NumBlocks;
1026         modified = true;
1027       }
1028       DeadBlocks.clear();
1029       return modified;
1030     }
1031   };
1032
1033   /// VRPSolver keeps track of how changes to one variable affect other
1034   /// variables, and forwards changes along to the InequalityGraph. It
1035   /// also maintains the correct choice for "canonical" in the IG.
1036   /// @brief VRPSolver calculates inferences from a new relationship.
1037   class VISIBILITY_HIDDEN VRPSolver {
1038   private:
1039     friend class ValueRanges;
1040
1041     struct Operation {
1042       Value *LHS, *RHS;
1043       ICmpInst::Predicate Op;
1044
1045       BasicBlock *ContextBB;
1046       Instruction *ContextInst;
1047     };
1048     std::deque<Operation> WorkList;
1049
1050     InequalityGraph &IG;
1051     UnreachableBlocks &UB;
1052     ValueRanges &VR;
1053
1054     ETForest *Forest;
1055     ETNode *Top;
1056     BasicBlock *TopBB;
1057     Instruction *TopInst;
1058     bool &modified;
1059
1060     typedef InequalityGraph::Node Node;
1061
1062     /// IdomI - Determines whether one Instruction dominates another.
1063     bool IdomI(Instruction *I1, Instruction *I2) const {
1064       BasicBlock *BB1 = I1->getParent(),
1065                  *BB2 = I2->getParent();
1066       if (BB1 == BB2) {
1067         if (isa<TerminatorInst>(I1)) return false;
1068         if (isa<TerminatorInst>(I2)) return true;
1069         if (isa<PHINode>(I1) && !isa<PHINode>(I2)) return true;
1070         if (!isa<PHINode>(I1) && isa<PHINode>(I2)) return false;
1071
1072         for (BasicBlock::const_iterator I = BB1->begin(), E = BB1->end();
1073              I != E; ++I) {
1074           if (&*I == I1) return true;
1075           if (&*I == I2) return false;
1076         }
1077         assert(!"Instructions not found in parent BasicBlock?");
1078       } else {
1079         return Forest->properlyDominates(BB1, BB2);
1080       }
1081       return false;
1082     }
1083
1084     /// Returns true if V1 is a better canonical value than V2.
1085     bool compare(Value *V1, Value *V2) const {
1086       if (isa<Constant>(V1))
1087         return !isa<Constant>(V2);
1088       else if (isa<Constant>(V2))
1089         return false;
1090       else if (isa<Argument>(V1))
1091         return !isa<Argument>(V2);
1092       else if (isa<Argument>(V2))
1093         return false;
1094
1095       Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(V1);
1096       Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2);
1097
1098       if (!I1 || !I2)
1099         return V1->getNumUses() < V2->getNumUses();
1100
1101       return IdomI(I1, I2);
1102     }
1103
1104     // below - true if the Instruction is dominated by the current context
1105     // block or instruction
1106     bool below(Instruction *I) {
1107       if (TopInst)
1108         return IdomI(TopInst, I);
1109       else {
1110         ETNode *Node = Forest->getNodeForBlock(I->getParent());
1111         return Node->DominatedBy(Top);
1112       }
1113     }
1114
1115     bool makeEqual(Value *V1, Value *V2) {
1116       DOUT << "makeEqual(" << *V1 << ", " << *V2 << ")\n";
1117
1118       assert(V1->getType() == V2->getType() &&
1119              "Can't make two values with different types equal.");
1120
1121       if (V1 == V2) return true;
1122
1123       if (isa<Constant>(V1) && isa<Constant>(V2))
1124         return false;
1125
1126       unsigned n1 = IG.getNode(V1, Top), n2 = IG.getNode(V2, Top);
1127
1128       if (n1 && n2) {
1129         if (n1 == n2) return true;
1130         if (IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, NE)) return false;
1131       }
1132
1133       if (n1) assert(V1 == IG.node(n1)->getValue() && "Value isn't canonical.");
1134       if (n2) assert(V2 == IG.node(n2)->getValue() && "Value isn't canonical.");
1135
1136       assert(!compare(V2, V1) && "Please order parameters to makeEqual.");
1137
1138       assert(!isa<Constant>(V2) && "Tried to remove a constant.");
1139
1140       SetVector<unsigned> Remove;
1141       if (n2) Remove.insert(n2);
1142
1143       if (n1 && n2) {
1144         // Suppose we're being told that %x == %y, and %x <= %z and %y >= %z.
1145         // We can't just merge %x and %y because the relationship with %z would
1146         // be EQ and that's invalid. What we're doing is looking for any nodes
1147         // %z such that %x <= %z and %y >= %z, and vice versa.
1148
1149         Node *N1 = IG.node(n1);
1150         Node *N2 = IG.node(n2);
1151         Node::iterator end = N2->end();
1152
1153         // Find the intersection between N1 and N2 which is dominated by
1154         // Top. If we find %x where N1 <= %x <= N2 (or >=) then add %x to
1155         // Remove.
1156         for (Node::iterator I = N1->begin(), E = N1->end(); I != E; ++I) {
1157           if (!(I->LV & EQ_BIT) || !Top->DominatedBy(I->Subtree)) continue;
1158
1159           unsigned ILV_s = I->LV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
1160           unsigned ILV_u = I->LV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
1161           Node::iterator NI = N2->find(I->To, Top);
1162           if (NI != end) {
1163             LatticeVal NILV = reversePredicate(NI->LV);
1164             unsigned NILV_s = NILV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
1165             unsigned NILV_u = NILV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
1166
1167             if ((ILV_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == NILV_s) ||
1168                 (ILV_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == NILV_u))
1169               Remove.insert(I->To);
1170           }
1171         }
1172
1173         // See if one of the nodes about to be removed is actually a better
1174         // canonical choice than n1.
1175         unsigned orig_n1 = n1;
1176         SetVector<unsigned>::iterator DontRemove = Remove.end();
1177         for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin()+1 /* skip n2 */,
1178              E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1179           unsigned n = *I;
1180           Value *V = IG.node(n)->getValue();
1181           if (compare(V, V1)) {
1182             V1 = V;
1183             n1 = n;
1184             DontRemove = I;
1185           }
1186         }
1187         if (DontRemove != Remove.end()) {
1188           unsigned n = *DontRemove;
1189           Remove.remove(n);
1190           Remove.insert(orig_n1);
1191         }
1192       }
1193
1194       // We'd like to allow makeEqual on two values to perform a simple
1195       // substitution without every creating nodes in the IG whenever possible.
1196       //
1197       // The first iteration through this loop operates on V2 before going
1198       // through the Remove list and operating on those too. If all of the
1199       // iterations performed simple replacements then we exit early.
1200       bool mergeIGNode = false;
1201       unsigned i = 0;
1202       for (Value *R = V2; i == 0 || i < Remove.size(); ++i) {
1203         if (i) R = IG.node(Remove[i])->getValue(); // skip n2.
1204
1205         // Try to replace the whole instruction. If we can, we're done.
1206         Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(R);
1207         if (I2 && below(I2)) {
1208           std::vector<Instruction *> ToNotify;
1209           for (Value::use_iterator UI = R->use_begin(), UE = R->use_end();
1210                UI != UE;) {
1211             Use &TheUse = UI.getUse();
1212             ++UI;
1213             if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser()))
1214               ToNotify.push_back(I);
1215           }
1216
1217           DOUT << "Simply removing " << *I2
1218                << ", replacing with " << *V1 << "\n";
1219           I2->replaceAllUsesWith(V1);
1220           // leave it dead; it'll get erased later.
1221           ++NumInstruction;
1222           modified = true;
1223
1224           for (std::vector<Instruction *>::iterator II = ToNotify.begin(),
1225                IE = ToNotify.end(); II != IE; ++II) {
1226             opsToDef(*II);
1227           }
1228
1229           continue;
1230         }
1231
1232         // Otherwise, replace all dominated uses.
1233         for (Value::use_iterator UI = R->use_begin(), UE = R->use_end();
1234              UI != UE;) {
1235           Use &TheUse = UI.getUse();
1236           ++UI;
1237           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1238             if (below(I)) {
1239               TheUse.set(V1);
1240               modified = true;
1241               ++NumVarsReplaced;
1242               opsToDef(I);
1243             }
1244           }
1245         }
1246
1247         // If that killed the instruction, stop here.
1248         if (I2 && isInstructionTriviallyDead(I2)) {
1249           DOUT << "Killed all uses of " << *I2
1250                << ", replacing with " << *V1 << "\n";
1251           continue;
1252         }
1253
1254         // If we make it to here, then we will need to create a node for N1.
1255         // Otherwise, we can skip out early!
1256         mergeIGNode = true;
1257       }
1258
1259       if (!isa<Constant>(V1)) {
1260         if (Remove.empty()) {
1261           VR.mergeInto(&V2, 1, V1, Top, this);
1262         } else {
1263           std::vector<Value*> RemoveVals;
1264           RemoveVals.reserve(Remove.size());
1265
1266           for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(),
1267                E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1268             Value *V = IG.node(*I)->getValue();
1269             if (!V->use_empty())
1270               RemoveVals.push_back(V);
1271           }
1272           VR.mergeInto(&RemoveVals[0], RemoveVals.size(), V1, Top, this);
1273         }
1274       }
1275
1276       if (mergeIGNode) {
1277         // Create N1.
1278         if (!n1) n1 = IG.newNode(V1);
1279
1280         // Migrate relationships from removed nodes to N1.
1281         Node *N1 = IG.node(n1);
1282         for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(), E = Remove.end();
1283              I != E; ++I) {
1284           unsigned n = *I;
1285           Node *N = IG.node(n);
1286           for (Node::iterator NI = N->begin(), NE = N->end(); NI != NE; ++NI) {
1287             if (NI->Subtree->DominatedBy(Top)) {
1288               if (NI->To == n1) {
1289                 assert((NI->LV & EQ_BIT) && "Node inequal to itself.");
1290                 continue;
1291               }
1292               if (Remove.count(NI->To))
1293                 continue;
1294
1295               IG.node(NI->To)->update(n1, reversePredicate(NI->LV), Top);
1296               N1->update(NI->To, NI->LV, Top);
1297             }
1298           }
1299         }
1300
1301         // Point V2 (and all items in Remove) to N1.
1302         if (!n2)
1303           IG.addEquality(n1, V2, Top);
1304         else {
1305           for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(),
1306                E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1307             IG.addEquality(n1, IG.node(*I)->getValue(), Top);
1308           }
1309         }
1310
1311         // If !Remove.empty() then V2 = Remove[0]->getValue().
1312         // Even when Remove is empty, we still want to process V2.
1313         i = 0;
1314         for (Value *R = V2; i == 0 || i < Remove.size(); ++i) {
1315           if (i) R = IG.node(Remove[i])->getValue(); // skip n2.
1316
1317           if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(R)) {
1318             if (below(I2) ||
1319                 Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I2->getParent())))
1320             defToOps(I2);
1321           }
1322           for (Value::use_iterator UI = V2->use_begin(), UE = V2->use_end();
1323                UI != UE;) {
1324             Use &TheUse = UI.getUse();
1325             ++UI;
1326             if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1327               if (below(I) ||
1328                   Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I->getParent())))
1329                 opsToDef(I);
1330             }
1331           }
1332         }
1333       }
1334
1335       // re-opsToDef all dominated users of V1.
1336       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V1)) {
1337         for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
1338              UI != UE;) {
1339           Use &TheUse = UI.getUse();
1340           ++UI;
1341           Value *V = TheUse.getUser();
1342           if (!V->use_empty()) {
1343             if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1344               if (below(Inst) ||
1345                   Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(Inst->getParent())))
1346                 opsToDef(Inst);
1347             }
1348           }
1349         }
1350       }
1351
1352       return true;
1353     }
1354
1355     /// cmpInstToLattice - converts an CmpInst::Predicate to lattice value
1356     /// Requires that the lattice value be valid; does not accept ICMP_EQ.
1357     static LatticeVal cmpInstToLattice(ICmpInst::Predicate Pred) {
1358       switch (Pred) {
1359         case ICmpInst::ICMP_EQ:
1360           assert(!"No matching lattice value.");
1361           return static_cast<LatticeVal>(EQ_BIT);
1362         default:
1363           assert(!"Invalid 'icmp' predicate.");
1364         case ICmpInst::ICMP_NE:
1365           return NE;
1366         case ICmpInst::ICMP_UGT:
1367           return UGT;
1368         case ICmpInst::ICMP_UGE:
1369           return UGE;
1370         case ICmpInst::ICMP_ULT:
1371           return ULT;
1372         case ICmpInst::ICMP_ULE:
1373           return ULE;
1374         case ICmpInst::ICMP_SGT:
1375           return SGT;
1376         case ICmpInst::ICMP_SGE:
1377           return SGE;
1378         case ICmpInst::ICMP_SLT:
1379           return SLT;
1380         case ICmpInst::ICMP_SLE:
1381           return SLE;
1382       }
1383     }
1384
1385   public:
1386     VRPSolver(InequalityGraph &IG, UnreachableBlocks &UB, ValueRanges &VR,
1387               ETForest *Forest, bool &modified, BasicBlock *TopBB)
1388       : IG(IG),
1389         UB(UB),
1390         VR(VR),
1391         Forest(Forest),
1392         Top(Forest->getNodeForBlock(TopBB)),
1393         TopBB(TopBB),
1394         TopInst(NULL),
1395         modified(modified) {}
1396
1397     VRPSolver(InequalityGraph &IG, UnreachableBlocks &UB, ValueRanges &VR,
1398               ETForest *Forest, bool &modified, Instruction *TopInst)
1399       : IG(IG),
1400         UB(UB),
1401         VR(VR),
1402         Forest(Forest),
1403         TopInst(TopInst),
1404         modified(modified)
1405     {
1406       TopBB = TopInst->getParent();
1407       Top = Forest->getNodeForBlock(TopBB);
1408     }
1409
1410     bool isRelatedBy(Value *V1, Value *V2, ICmpInst::Predicate Pred) const {
1411       if (Constant *C1 = dyn_cast<Constant>(V1))
1412         if (Constant *C2 = dyn_cast<Constant>(V2))
1413           return ConstantExpr::getCompare(Pred, C1, C2) ==
1414                  ConstantInt::getTrue();
1415
1416       if (unsigned n1 = IG.getNode(V1, Top))
1417         if (unsigned n2 = IG.getNode(V2, Top)) {
1418           if (n1 == n2) return Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ||
1419                                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1420                                Pred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1421                                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE ||
1422                                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE;
1423           if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) return false;
1424           if (IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, cmpInstToLattice(Pred))) return true;
1425         }
1426
1427       if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) return V1 == V2;
1428       return VR.isRelatedBy(V1, V2, Top, cmpInstToLattice(Pred));
1429     }
1430
1431     /// add - adds a new property to the work queue
1432     void add(Value *V1, Value *V2, ICmpInst::Predicate Pred,
1433              Instruction *I = NULL) {
1434       DOUT << "adding " << *V1 << " " << Pred << " " << *V2;
1435       if (I) DOUT << " context: " << *I;
1436       else DOUT << " default context";
1437       DOUT << "\n";
1438
1439       assert(V1->getType() == V2->getType() &&
1440              "Can't relate two values with different types.");
1441
1442       WorkList.push_back(Operation());
1443       Operation &O = WorkList.back();
1444       O.LHS = V1, O.RHS = V2, O.Op = Pred, O.ContextInst = I;
1445       O.ContextBB = I ? I->getParent() : TopBB;
1446     }
1447
1448     /// defToOps - Given an instruction definition that we've learned something
1449     /// new about, find any new relationships between its operands.
1450     void defToOps(Instruction *I) {
1451       Instruction *NewContext = below(I) ? I : TopInst;
1452       Value *Canonical = IG.canonicalize(I, Top);
1453
1454       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
1455         const Type *Ty = BO->getType();
1456         assert(!Ty->isFPOrFPVector() && "Float in work queue!");
1457
1458         Value *Op0 = IG.canonicalize(BO->getOperand(0), Top);
1459         Value *Op1 = IG.canonicalize(BO->getOperand(1), Top);
1460
1461         // TODO: "and i32 -1, %x" EQ %y then %x EQ %y.
1462
1463         switch (BO->getOpcode()) {
1464           case Instruction::And: {
1465             // "and i32 %a, %b" EQ -1 then %a EQ -1 and %b EQ -1
1466             ConstantInt *CI = ConstantInt::getAllOnesValue(Ty);
1467             if (Canonical == CI) {
1468               add(CI, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1469               add(CI, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1470             }
1471           } break;
1472           case Instruction::Or: {
1473             // "or i32 %a, %b" EQ 0 then %a EQ 0 and %b EQ 0
1474             Constant *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1475             if (Canonical == Zero) {
1476               add(Zero, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1477               add(Zero, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1478             }
1479           } break;
1480           case Instruction::Xor: {
1481             // "xor i32 %c, %a" EQ %b then %a EQ %c ^ %b
1482             // "xor i32 %c, %a" EQ %c then %a EQ 0
1483             // "xor i32 %c, %a" NE %c then %a NE 0
1484             // Repeat the above, with order of operands reversed.
1485             Value *LHS = Op0;
1486             Value *RHS = Op1;
1487             if (!isa<Constant>(LHS)) std::swap(LHS, RHS);
1488
1489             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Canonical)) {
1490               if (ConstantInt *Arg = dyn_cast<ConstantInt>(LHS)) {
1491                 add(RHS, ConstantInt::get(CI->getValue() ^ Arg->getValue()),
1492                     ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1493               }
1494             }
1495             if (Canonical == LHS) {
1496               if (isa<ConstantInt>(Canonical))
1497                 add(RHS, Constant::getNullValue(Ty), ICmpInst::ICMP_EQ,
1498                     NewContext);
1499             } else if (isRelatedBy(LHS, Canonical, ICmpInst::ICMP_NE)) {
1500               add(RHS, Constant::getNullValue(Ty), ICmpInst::ICMP_NE,
1501                   NewContext);
1502             }
1503           } break;
1504           default:
1505             break;
1506         }
1507       } else if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1508         // "icmp ult i32 %a, %y" EQ true then %a u< y
1509         // etc.
1510
1511         if (Canonical == ConstantInt::getTrue()) {
1512           add(IC->getOperand(0), IC->getOperand(1), IC->getPredicate(),
1513               NewContext);
1514         } else if (Canonical == ConstantInt::getFalse()) {
1515           add(IC->getOperand(0), IC->getOperand(1),
1516               ICmpInst::getInversePredicate(IC->getPredicate()), NewContext);
1517         }
1518       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
1519         if (I->getType()->isFPOrFPVector()) return;
1520
1521         // Given: "%a = select i1 %x, i32 %b, i32 %c"
1522         // %a EQ %b and %b NE %c then %x EQ true
1523         // %a EQ %c and %b NE %c then %x EQ false
1524
1525         Value *True  = SI->getTrueValue();
1526         Value *False = SI->getFalseValue();
1527         if (isRelatedBy(True, False, ICmpInst::ICMP_NE)) {
1528           if (Canonical == IG.canonicalize(True, Top) ||
1529               isRelatedBy(Canonical, False, ICmpInst::ICMP_NE))
1530             add(SI->getCondition(), ConstantInt::getTrue(),
1531                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1532           else if (Canonical == IG.canonicalize(False, Top) ||
1533                    isRelatedBy(Canonical, True, ICmpInst::ICMP_NE))
1534             add(SI->getCondition(), ConstantInt::getFalse(),
1535                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1536         }
1537       } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
1538         for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEPI->idx_begin(),
1539              OE = GEPI->idx_end(); OI != OE; ++OI) {
1540           ConstantInt *Op = dyn_cast<ConstantInt>(IG.canonicalize(*OI, Top));
1541           if (!Op || !Op->isZero()) return;
1542         }
1543         // TODO: The GEPI indices are all zero. Copy from definition to operand,
1544         // jumping the type plane as needed.
1545         if (isRelatedBy(GEPI, Constant::getNullValue(GEPI->getType()),
1546                         ICmpInst::ICMP_NE)) {
1547           Value *Ptr = GEPI->getPointerOperand();
1548           add(Ptr, Constant::getNullValue(Ptr->getType()), ICmpInst::ICMP_NE,
1549               NewContext);
1550         }
1551       }
1552       // TODO: CastInst "%a = cast ... %b" where %a is EQ or NE a constant.
1553     }
1554
1555     /// opsToDef - A new relationship was discovered involving one of this
1556     /// instruction's operands. Find any new relationship involving the
1557     /// definition, or another operand.
1558     void opsToDef(Instruction *I) {
1559       Instruction *NewContext = below(I) ? I : TopInst;
1560
1561       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
1562         Value *Op0 = IG.canonicalize(BO->getOperand(0), Top);
1563         Value *Op1 = IG.canonicalize(BO->getOperand(1), Top);
1564
1565         if (ConstantInt *CI0 = dyn_cast<ConstantInt>(Op0))
1566           if (ConstantInt *CI1 = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
1567             add(BO, ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), CI0, CI1),
1568                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1569             return;
1570           }
1571
1572         // "%y = and i1 true, %x" then %x EQ %y
1573         // "%y = or i1 false, %x" then %x EQ %y
1574         // "%x = add i32 %y, 0" then %x EQ %y
1575         // "%x = mul i32 %y, 0" then %x EQ 0
1576
1577         Instruction::BinaryOps Opcode = BO->getOpcode();
1578         const Type *Ty = BO->getType();
1579         assert(!Ty->isFPOrFPVector() && "Float in work queue!");
1580
1581         Constant *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1582         Constant *AllOnes = ConstantInt::getAllOnesValue(Ty);
1583
1584         switch (Opcode) {
1585           default: break;
1586           case Instruction::LShr:
1587           case Instruction::AShr:
1588           case Instruction::Shl:
1589           case Instruction::Sub:
1590             if (Op1 == Zero) {
1591               add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1592               return;
1593             }
1594             break;
1595           case Instruction::Or:
1596             if (Op0 == AllOnes || Op1 == AllOnes) {
1597               add(BO, AllOnes, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1598               return;
1599             } // fall-through
1600           case Instruction::Xor:
1601           case Instruction::Add:
1602             if (Op0 == Zero) {
1603               add(BO, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1604               return;
1605             } else if (Op1 == Zero) {
1606               add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1607               return;
1608             }
1609             break;
1610           case Instruction::And:
1611             if (Op0 == AllOnes) {
1612               add(BO, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1613               return;
1614             } else if (Op1 == AllOnes) {
1615               add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1616               return;
1617             }
1618             // fall-through
1619           case Instruction::Mul:
1620             if (Op0 == Zero || Op1 == Zero) {
1621               add(BO, Zero, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1622               return;
1623             }
1624             break;
1625         }
1626
1627         // "%x = add i32 %y, %z" and %x EQ %y then %z EQ 0
1628         // "%x = add i32 %y, %z" and %x EQ %z then %y EQ 0
1629         // "%x = shl i32 %y, %z" and %x EQ %y and %y NE 0 then %z EQ 0
1630         // "%x = udiv i32 %y, %z" and %x EQ %y then %z EQ 1
1631
1632         Value *Known = Op0, *Unknown = Op1,
1633               *TheBO = IG.canonicalize(BO, Top);
1634         if (Known != TheBO) std::swap(Known, Unknown);
1635         if (Known == TheBO) {
1636           switch (Opcode) {
1637             default: break;
1638             case Instruction::LShr:
1639             case Instruction::AShr:
1640             case Instruction::Shl:
1641               if (!isRelatedBy(Known, Zero, ICmpInst::ICMP_NE)) break;
1642               // otherwise, fall-through.
1643             case Instruction::Sub:
1644               if (Unknown == Op1) break;
1645               // otherwise, fall-through.
1646             case Instruction::Xor:
1647             case Instruction::Add:
1648               add(Unknown, Zero, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1649               break;
1650             case Instruction::UDiv:
1651             case Instruction::SDiv:
1652               if (Unknown == Op1) break;
1653               if (isRelatedBy(Known, Zero, ICmpInst::ICMP_NE)) {
1654                 Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1655                 add(Unknown, One, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1656               }
1657               break;
1658           }
1659         }
1660
1661         // TODO: "%a = add i32 %b, 1" and %b > %z then %a >= %z.
1662
1663       } else if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1664         // "%a = icmp ult i32 %b, %c" and %b u<  %c then %a EQ true
1665         // "%a = icmp ult i32 %b, %c" and %b u>= %c then %a EQ false
1666         // etc.
1667
1668         Value *Op0 = IG.canonicalize(IC->getOperand(0), Top);
1669         Value *Op1 = IG.canonicalize(IC->getOperand(1), Top);
1670
1671         ICmpInst::Predicate Pred = IC->getPredicate();
1672         if (isRelatedBy(Op0, Op1, Pred)) {
1673           add(IC, ConstantInt::getTrue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1674         } else if (isRelatedBy(Op0, Op1, ICmpInst::getInversePredicate(Pred))) {
1675           add(IC, ConstantInt::getFalse(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1676         }
1677
1678       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
1679         if (I->getType()->isFPOrFPVector()) return;
1680
1681         // Given: "%a = select i1 %x, i32 %b, i32 %c"
1682         // %x EQ true  then %a EQ %b
1683         // %x EQ false then %a EQ %c
1684         // %b EQ %c then %a EQ %b
1685
1686         Value *Canonical = IG.canonicalize(SI->getCondition(), Top);
1687         if (Canonical == ConstantInt::getTrue()) {
1688           add(SI, SI->getTrueValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1689         } else if (Canonical == ConstantInt::getFalse()) {
1690           add(SI, SI->getFalseValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1691         } else if (IG.canonicalize(SI->getTrueValue(), Top) ==
1692                    IG.canonicalize(SI->getFalseValue(), Top)) {
1693           add(SI, SI->getTrueValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1694         }
1695       } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
1696         const Type *Ty = CI->getDestTy();
1697         if (Ty->isFPOrFPVector()) return;
1698
1699         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(
1700                 IG.canonicalize(CI->getOperand(0), Top))) {
1701           add(CI, ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), C, Ty),
1702               ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1703         }
1704
1705         // TODO: "%a = cast ... %b" where %b is NE/LT/GT a constant.
1706       } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
1707         for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEPI->idx_begin(),
1708              OE = GEPI->idx_end(); OI != OE; ++OI) {
1709           ConstantInt *Op = dyn_cast<ConstantInt>(IG.canonicalize(*OI, Top));
1710           if (!Op || !Op->isZero()) return;
1711         }
1712         // TODO: The GEPI indices are all zero. Copy from operand to definition,
1713         // jumping the type plane as needed.
1714         Value *Ptr = GEPI->getPointerOperand();
1715         if (isRelatedBy(Ptr, Constant::getNullValue(Ptr->getType()),
1716                         ICmpInst::ICMP_NE)) {
1717           add(GEPI, Constant::getNullValue(GEPI->getType()), ICmpInst::ICMP_NE,
1718               NewContext);
1719         }
1720       }
1721     }
1722
1723     /// solve - process the work queue
1724     void solve() {
1725       //DOUT << "WorkList entry, size: " << WorkList.size() << "\n";
1726       while (!WorkList.empty()) {
1727         //DOUT << "WorkList size: " << WorkList.size() << "\n";
1728
1729         Operation &O = WorkList.front();
1730         TopInst = O.ContextInst;
1731         TopBB = O.ContextBB;
1732         Top = Forest->getNodeForBlock(TopBB);
1733
1734         O.LHS = IG.canonicalize(O.LHS, Top);
1735         O.RHS = IG.canonicalize(O.RHS, Top);
1736
1737         assert(O.LHS == IG.canonicalize(O.LHS, Top) && "Canonicalize isn't.");
1738         assert(O.RHS == IG.canonicalize(O.RHS, Top) && "Canonicalize isn't.");
1739
1740         DOUT << "solving " << *O.LHS << " " << O.Op << " " << *O.RHS;
1741         if (O.ContextInst) DOUT << " context inst: " << *O.ContextInst;
1742         else DOUT << " context block: " << O.ContextBB->getName();
1743         DOUT << "\n";
1744
1745         DEBUG(IG.dump());
1746
1747         // If they're both Constant, skip it. Check for contradiction and mark
1748         // the BB as unreachable if so.
1749         if (Constant *CI_L = dyn_cast<Constant>(O.LHS)) {
1750           if (Constant *CI_R = dyn_cast<Constant>(O.RHS)) {
1751             if (ConstantExpr::getCompare(O.Op, CI_L, CI_R) ==
1752                 ConstantInt::getFalse())
1753               UB.mark(TopBB);
1754
1755             WorkList.pop_front();
1756             continue;
1757           }
1758         }
1759
1760         if (compare(O.LHS, O.RHS)) {
1761           std::swap(O.LHS, O.RHS);
1762           O.Op = ICmpInst::getSwappedPredicate(O.Op);
1763         }
1764
1765         if (O.Op == ICmpInst::ICMP_EQ) {
1766           if (!makeEqual(O.RHS, O.LHS))
1767             UB.mark(TopBB);
1768         } else {
1769           LatticeVal LV = cmpInstToLattice(O.Op);
1770
1771           if ((LV & EQ_BIT) &&
1772               isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, ICmpInst::getSwappedPredicate(O.Op))) {
1773             if (!makeEqual(O.RHS, O.LHS))
1774               UB.mark(TopBB);
1775           } else {
1776             if (isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, ICmpInst::getInversePredicate(O.Op))){
1777               UB.mark(TopBB);
1778               WorkList.pop_front();
1779               continue;
1780             }
1781
1782             unsigned n1 = IG.getNode(O.LHS, Top);
1783             unsigned n2 = IG.getNode(O.RHS, Top);
1784
1785             if (n1 && n1 == n2) {
1786               if (O.Op != ICmpInst::ICMP_UGE && O.Op != ICmpInst::ICMP_ULE &&
1787                   O.Op != ICmpInst::ICMP_SGE && O.Op != ICmpInst::ICMP_SLE)
1788                 UB.mark(TopBB);
1789
1790               WorkList.pop_front();
1791               continue;
1792             }
1793
1794             if (VR.isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, Top, LV) ||
1795                 (n1 && n2 && IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, LV))) {
1796               WorkList.pop_front();
1797               continue;
1798             }
1799
1800             VR.addInequality(O.LHS, O.RHS, Top, LV, this);
1801             if ((!isa<ConstantInt>(O.RHS) && !isa<ConstantInt>(O.LHS)) ||
1802                 LV == NE) {
1803               if (!n1) n1 = IG.newNode(O.LHS);
1804               if (!n2) n2 = IG.newNode(O.RHS);
1805               IG.addInequality(n1, n2, Top, LV);
1806             }
1807
1808             if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(O.LHS)) {
1809               if (below(I1) ||
1810                   Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I1->getParent())))
1811                 defToOps(I1);
1812             }
1813             if (isa<Instruction>(O.LHS) || isa<Argument>(O.LHS)) {
1814               for (Value::use_iterator UI = O.LHS->use_begin(),
1815                    UE = O.LHS->use_end(); UI != UE;) {
1816                 Use &TheUse = UI.getUse();
1817                 ++UI;
1818                 if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1819                   if (below(I) ||
1820                       Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I->getParent())))
1821                     opsToDef(I);
1822                 }
1823               }
1824             }
1825             if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(O.RHS)) {
1826               if (below(I2) ||
1827                   Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I2->getParent())))
1828               defToOps(I2);
1829             }
1830             if (isa<Instruction>(O.RHS) || isa<Argument>(O.RHS)) {
1831               for (Value::use_iterator UI = O.RHS->use_begin(),
1832                    UE = O.RHS->use_end(); UI != UE;) {
1833                 Use &TheUse = UI.getUse();
1834                 ++UI;
1835                 if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1836                   if (below(I) ||
1837                       Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I->getParent())))
1838
1839                     opsToDef(I);
1840                 }
1841               }
1842             }
1843           }
1844         }
1845         WorkList.pop_front();
1846       }
1847     }
1848   };
1849
1850   void ValueRanges::addToWorklist(Value *V, const APInt *I,
1851                                   ICmpInst::Predicate Pred, VRPSolver *VRP) {
1852     VRP->add(V, ConstantInt::get(*I), Pred, VRP->TopInst);
1853   }
1854
1855 #ifndef NDEBUG
1856   bool ValueRanges::isCanonical(Value *V, ETNode *Subtree, VRPSolver *VRP) {
1857     return V == VRP->IG.canonicalize(V, Subtree);
1858   }
1859 #endif
1860
1861   /// PredicateSimplifier - This class is a simplifier that replaces
1862   /// one equivalent variable with another. It also tracks what
1863   /// can't be equal and will solve setcc instructions when possible.
1864   /// @brief Root of the predicate simplifier optimization.
1865   class VISIBILITY_HIDDEN PredicateSimplifier : public FunctionPass {
1866     DominatorTree *DT;
1867     ETForest *Forest;
1868     bool modified;
1869     InequalityGraph *IG;
1870     UnreachableBlocks UB;
1871     ValueRanges *VR;
1872
1873     std::vector<DominatorTree::Node *> WorkList;
1874
1875   public:
1876     bool runOnFunction(Function &F);
1877
1878     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1879       AU.addRequiredID(BreakCriticalEdgesID);
1880       AU.addRequired<DominatorTree>();
1881       AU.addRequired<ETForest>();
1882       AU.addRequired<TargetData>();
1883       AU.addPreserved<TargetData>();
1884     }
1885
1886   private:
1887     /// Forwards - Adds new properties into PropertySet and uses them to
1888     /// simplify instructions. Because new properties sometimes apply to
1889     /// a transition from one BasicBlock to another, this will use the
1890     /// PredicateSimplifier::proceedToSuccessor(s) interface to enter the
1891     /// basic block with the new PropertySet.
1892     /// @brief Performs abstract execution of the program.
1893     class VISIBILITY_HIDDEN Forwards : public InstVisitor<Forwards> {
1894       friend class InstVisitor<Forwards>;
1895       PredicateSimplifier *PS;
1896       DominatorTree::Node *DTNode;
1897
1898     public:
1899       InequalityGraph &IG;
1900       UnreachableBlocks &UB;
1901       ValueRanges &VR;
1902
1903       Forwards(PredicateSimplifier *PS, DominatorTree::Node *DTNode)
1904         : PS(PS), DTNode(DTNode), IG(*PS->IG), UB(PS->UB), VR(*PS->VR) {}
1905
1906       void visitTerminatorInst(TerminatorInst &TI);
1907       void visitBranchInst(BranchInst &BI);
1908       void visitSwitchInst(SwitchInst &SI);
1909
1910       void visitAllocaInst(AllocaInst &AI);
1911       void visitLoadInst(LoadInst &LI);
1912       void visitStoreInst(StoreInst &SI);
1913
1914       void visitSExtInst(SExtInst &SI);
1915       void visitZExtInst(ZExtInst &ZI);
1916
1917       void visitBinaryOperator(BinaryOperator &BO);
1918       void visitICmpInst(ICmpInst &IC);
1919     };
1920   
1921     // Used by terminator instructions to proceed from the current basic
1922     // block to the next. Verifies that "current" dominates "next",
1923     // then calls visitBasicBlock.
1924     void proceedToSuccessors(DominatorTree::Node *Current) {
1925       for (DominatorTree::Node::iterator I = Current->begin(),
1926            E = Current->end(); I != E; ++I) {
1927         WorkList.push_back(*I);
1928       }
1929     }
1930
1931     void proceedToSuccessor(DominatorTree::Node *Next) {
1932       WorkList.push_back(Next);
1933     }
1934
1935     // Visits each instruction in the basic block.
1936     void visitBasicBlock(DominatorTree::Node *Node) {
1937       BasicBlock *BB = Node->getBlock();
1938       ETNode *ET = Forest->getNodeForBlock(BB);
1939       DOUT << "Entering Basic Block: " << BB->getName()
1940            << " (" << ET->getDFSNumIn() << ")\n";
1941       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
1942         visitInstruction(I++, Node, ET);
1943       }
1944     }
1945
1946     // Tries to simplify each Instruction and add new properties to
1947     // the PropertySet.
1948     void visitInstruction(Instruction *I, DominatorTree::Node *DT, ETNode *ET) {
1949       DOUT << "Considering instruction " << *I << "\n";
1950       DEBUG(IG->dump());
1951
1952       // Sometimes instructions are killed in earlier analysis.
1953       if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1954         ++NumSimple;
1955         modified = true;
1956         IG->remove(I);
1957         I->eraseFromParent();
1958         return;
1959       }
1960
1961 #ifndef NDEBUG
1962       // Try to replace the whole instruction.
1963       Value *V = IG->canonicalize(I, ET);
1964       assert(V == I && "Late instruction canonicalization.");
1965       if (V != I) {
1966         modified = true;
1967         ++NumInstruction;
1968         DOUT << "Removing " << *I << ", replacing with " << *V << "\n";
1969         IG->remove(I);
1970         I->replaceAllUsesWith(V);
1971         I->eraseFromParent();
1972         return;
1973       }
1974
1975       // Try to substitute operands.
1976       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1977         Value *Oper = I->getOperand(i);
1978         Value *V = IG->canonicalize(Oper, ET);
1979         assert(V == Oper && "Late operand canonicalization.");
1980         if (V != Oper) {
1981           modified = true;
1982           ++NumVarsReplaced;
1983           DOUT << "Resolving " << *I;
1984           I->setOperand(i, V);
1985           DOUT << " into " << *I;
1986         }
1987       }
1988 #endif
1989
1990       std::string name = I->getParent()->getName();
1991       DOUT << "push (%" << name << ")\n";
1992       Forwards visit(this, DT);
1993       visit.visit(*I);
1994       DOUT << "pop (%" << name << ")\n";
1995     }
1996   };
1997
1998   bool PredicateSimplifier::runOnFunction(Function &F) {
1999     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
2000     Forest = &getAnalysis<ETForest>();
2001
2002     TargetData *TD = &getAnalysis<TargetData>();
2003
2004     Forest->updateDFSNumbers(); // XXX: should only act when numbers are out of date
2005
2006     DOUT << "Entering Function: " << F.getName() << "\n";
2007
2008     modified = false;
2009     BasicBlock *RootBlock = &F.getEntryBlock();
2010     IG = new InequalityGraph(Forest->getNodeForBlock(RootBlock));
2011     VR = new ValueRanges(TD);
2012     WorkList.push_back(DT->getRootNode());
2013
2014     do {
2015       DominatorTree::Node *DTNode = WorkList.back();
2016       WorkList.pop_back();
2017       if (!UB.isDead(DTNode->getBlock())) visitBasicBlock(DTNode);
2018     } while (!WorkList.empty());
2019
2020     delete VR;
2021     delete IG;
2022
2023     modified |= UB.kill();
2024
2025     return modified;
2026   }
2027
2028   void PredicateSimplifier::Forwards::visitTerminatorInst(TerminatorInst &TI) {
2029     PS->proceedToSuccessors(DTNode);
2030   }
2031
2032   void PredicateSimplifier::Forwards::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2033     if (BI.isUnconditional()) {
2034       PS->proceedToSuccessors(DTNode);
2035       return;
2036     }
2037
2038     Value *Condition = BI.getCondition();
2039     BasicBlock *TrueDest  = BI.getSuccessor(0);
2040     BasicBlock *FalseDest = BI.getSuccessor(1);
2041
2042     if (isa<Constant>(Condition) || TrueDest == FalseDest) {
2043       PS->proceedToSuccessors(DTNode);
2044       return;
2045     }
2046
2047     for (DominatorTree::Node::iterator I = DTNode->begin(), E = DTNode->end();
2048          I != E; ++I) {
2049       BasicBlock *Dest = (*I)->getBlock();
2050       DOUT << "Branch thinking about %" << Dest->getName()
2051            << "(" << PS->Forest->getNodeForBlock(Dest)->getDFSNumIn() << ")\n";
2052
2053       if (Dest == TrueDest) {
2054         DOUT << "(" << DTNode->getBlock()->getName() << ") true set:\n";
2055         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, Dest);
2056         VRP.add(ConstantInt::getTrue(), Condition, ICmpInst::ICMP_EQ);
2057         VRP.solve();
2058         DEBUG(IG.dump());
2059       } else if (Dest == FalseDest) {
2060         DOUT << "(" << DTNode->getBlock()->getName() << ") false set:\n";
2061         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, Dest);
2062         VRP.add(ConstantInt::getFalse(), Condition, ICmpInst::ICMP_EQ);
2063         VRP.solve();
2064         DEBUG(IG.dump());
2065       }
2066
2067       PS->proceedToSuccessor(*I);
2068     }
2069   }
2070
2071   void PredicateSimplifier::Forwards::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2072     Value *Condition = SI.getCondition();
2073
2074     // Set the EQProperty in each of the cases BBs, and the NEProperties
2075     // in the default BB.
2076
2077     for (DominatorTree::Node::iterator I = DTNode->begin(), E = DTNode->end();
2078          I != E; ++I) {
2079       BasicBlock *BB = (*I)->getBlock();
2080       DOUT << "Switch thinking about BB %" << BB->getName()
2081            << "(" << PS->Forest->getNodeForBlock(BB)->getDFSNumIn() << ")\n";
2082
2083       VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, BB);
2084       if (BB == SI.getDefaultDest()) {
2085         for (unsigned i = 1, e = SI.getNumCases(); i < e; ++i)
2086           if (SI.getSuccessor(i) != BB)
2087             VRP.add(Condition, SI.getCaseValue(i), ICmpInst::ICMP_NE);
2088         VRP.solve();
2089       } else if (ConstantInt *CI = SI.findCaseDest(BB)) {
2090         VRP.add(Condition, CI, ICmpInst::ICMP_EQ);
2091         VRP.solve();
2092       }
2093       PS->proceedToSuccessor(*I);
2094     }
2095   }
2096
2097   void PredicateSimplifier::Forwards::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
2098     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &AI);
2099     VRP.add(Constant::getNullValue(AI.getType()), &AI, ICmpInst::ICMP_NE);
2100     VRP.solve();
2101   }
2102
2103   void PredicateSimplifier::Forwards::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2104     Value *Ptr = LI.getPointerOperand();
2105     // avoid "load uint* null" -> null NE null.
2106     if (isa<Constant>(Ptr)) return;
2107
2108     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &LI);
2109     VRP.add(Constant::getNullValue(Ptr->getType()), Ptr, ICmpInst::ICMP_NE);
2110     VRP.solve();
2111   }
2112
2113   void PredicateSimplifier::Forwards::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2114     Value *Ptr = SI.getPointerOperand();
2115     if (isa<Constant>(Ptr)) return;
2116
2117     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &SI);
2118     VRP.add(Constant::getNullValue(Ptr->getType()), Ptr, ICmpInst::ICMP_NE);
2119     VRP.solve();
2120   }
2121
2122   void PredicateSimplifier::Forwards::visitSExtInst(SExtInst &SI) {
2123     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &SI);
2124     uint32_t SrcBitWidth = cast<IntegerType>(SI.getSrcTy())->getBitWidth();
2125     uint32_t DstBitWidth = cast<IntegerType>(SI.getDestTy())->getBitWidth();
2126     APInt Min(APInt::getSignedMinValue(SrcBitWidth));
2127     APInt Max(APInt::getSignedMaxValue(SrcBitWidth));
2128     Min.sext(DstBitWidth);
2129     Max.sext(DstBitWidth);
2130     VRP.add(ConstantInt::get(Min), &SI, ICmpInst::ICMP_SLE);
2131     VRP.add(ConstantInt::get(Max), &SI, ICmpInst::ICMP_SGE);
2132     VRP.solve();
2133   }
2134
2135   void PredicateSimplifier::Forwards::visitZExtInst(ZExtInst &ZI) {
2136     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &ZI);
2137     uint32_t SrcBitWidth = cast<IntegerType>(ZI.getSrcTy())->getBitWidth();
2138     uint32_t DstBitWidth = cast<IntegerType>(ZI.getDestTy())->getBitWidth();
2139     APInt Max(APInt::getMaxValue(SrcBitWidth));
2140     Max.zext(DstBitWidth);
2141     VRP.add(ConstantInt::get(Max), &ZI, ICmpInst::ICMP_UGE);
2142     VRP.solve();
2143   }
2144
2145   void PredicateSimplifier::Forwards::visitBinaryOperator(BinaryOperator &BO) {
2146     Instruction::BinaryOps ops = BO.getOpcode();
2147
2148     switch (ops) {
2149     default: break;
2150       case Instruction::URem:
2151       case Instruction::SRem:
2152       case Instruction::UDiv:
2153       case Instruction::SDiv: {
2154         Value *Divisor = BO.getOperand(1);
2155         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2156         VRP.add(Constant::getNullValue(Divisor->getType()), Divisor,
2157                 ICmpInst::ICMP_NE);
2158         VRP.solve();
2159         break;
2160       }
2161     }
2162
2163     switch (ops) {
2164       default: break;
2165       case Instruction::Shl: {
2166         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2167         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_UGE);
2168         VRP.solve();
2169       } break;
2170       case Instruction::AShr: {
2171         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2172         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_SLE);
2173         VRP.solve();
2174       } break;
2175       case Instruction::LShr:
2176       case Instruction::UDiv: {
2177         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2178         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_ULE);
2179         VRP.solve();
2180       } break;
2181       case Instruction::URem: {
2182         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2183         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_ULE);
2184         VRP.solve();
2185       } break;
2186       case Instruction::And: {
2187         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2188         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_ULE);
2189         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_ULE);
2190         VRP.solve();
2191       } break;
2192       case Instruction::Or: {
2193         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2194         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_UGE);
2195         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_UGE);
2196         VRP.solve();
2197       } break;
2198     }
2199   }
2200
2201   void PredicateSimplifier::Forwards::visitICmpInst(ICmpInst &IC) {
2202     // If possible, squeeze the ICmp predicate into something simpler.
2203     // Eg., if x = [0, 4) and we're being asked icmp uge %x, 3 then change
2204     // the predicate to eq.
2205
2206     // XXX: once we do full PHI handling, modifying the instruction in the
2207     // Forwards visitor will cause missed optimizations.
2208
2209     ICmpInst::Predicate Pred = IC.getPredicate();
2210
2211     switch (Pred) {
2212       default: break;
2213       case ICmpInst::ICMP_ULE: Pred = ICmpInst::ICMP_ULT; break;
2214       case ICmpInst::ICMP_UGE: Pred = ICmpInst::ICMP_UGT; break;
2215       case ICmpInst::ICMP_SLE: Pred = ICmpInst::ICMP_SLT; break;
2216       case ICmpInst::ICMP_SGE: Pred = ICmpInst::ICMP_SGT; break;
2217     }
2218     if (Pred != IC.getPredicate()) {
2219       VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &IC);
2220       if (VRP.isRelatedBy(IC.getOperand(1), IC.getOperand(0),
2221                           ICmpInst::ICMP_NE)) {
2222         ++NumSnuggle;
2223         PS->modified = true;
2224         IC.setPredicate(Pred);
2225       }
2226     }
2227
2228     Pred = IC.getPredicate();
2229
2230     if (ConstantInt *Op1 = dyn_cast<ConstantInt>(IC.getOperand(1))) {
2231       ConstantInt *NextVal = 0;
2232       switch (Pred) {
2233         default: break;
2234         case ICmpInst::ICMP_SLT:
2235         case ICmpInst::ICMP_ULT:
2236           if (Op1->getValue() != 0)
2237             NextVal = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSub(
2238                           Op1, ConstantInt::get(Op1->getType(), 1)));
2239          break;
2240         case ICmpInst::ICMP_SGT:
2241         case ICmpInst::ICMP_UGT:
2242           if (!Op1->getValue().isAllOnesValue())
2243             NextVal = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getAdd(
2244                           Op1, ConstantInt::get(Op1->getType(), 1)));
2245          break;
2246
2247       }
2248       if (NextVal) {
2249         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &IC);
2250         if (VRP.isRelatedBy(IC.getOperand(0), NextVal,
2251                             ICmpInst::getInversePredicate(Pred))) {
2252           ICmpInst *NewIC = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, IC.getOperand(0),
2253                                          NextVal, "", &IC);
2254           NewIC->takeName(&IC);
2255           IC.replaceAllUsesWith(NewIC);
2256           IG.remove(&IC); // XXX: prove this isn't necessary
2257           IC.eraseFromParent();
2258           ++NumSnuggle;
2259           PS->modified = true;
2260         }
2261       }
2262     }
2263   }
2264
2265   RegisterPass<PredicateSimplifier> X("predsimplify",
2266                                       "Predicate Simplifier");
2267 }
2268
2269 FunctionPass *llvm::createPredicateSimplifierPass() {
2270   return new PredicateSimplifier();
2271 }