Move all of the header files which are involved in modelling the LLVM IR
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / Reassociate.cpp
1 //===- Reassociate.cpp - Reassociate binary expressions -------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass reassociates commutative expressions in an order that is designed
11 // to promote better constant propagation, GCSE, LICM, PRE, etc.
12 //
13 // For example: 4 + (x + 5) -> x + (4 + 5)
14 //
15 // In the implementation of this algorithm, constants are assigned rank = 0,
16 // function arguments are rank = 1, and other values are assigned ranks
17 // corresponding to the reverse post order traversal of current function
18 // (starting at 2), which effectively gives values in deep loops higher rank
19 // than values not in loops.
20 //
21 //===----------------------------------------------------------------------===//
22
23 #define DEBUG_TYPE "reassociate"
24 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
25 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
26 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
29 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
30 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
31 #include "llvm/IR/Constants.h"
32 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
33 #include "llvm/IR/Function.h"
34 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
35 #include "llvm/IR/Instructions.h"
36 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
37 #include "llvm/Pass.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
43 #include <algorithm>
44 using namespace llvm;
45
46 STATISTIC(NumChanged, "Number of insts reassociated");
47 STATISTIC(NumAnnihil, "Number of expr tree annihilated");
48 STATISTIC(NumFactor , "Number of multiplies factored");
49
50 namespace {
51   struct ValueEntry {
52     unsigned Rank;
53     Value *Op;
54     ValueEntry(unsigned R, Value *O) : Rank(R), Op(O) {}
55   };
56   inline bool operator<(const ValueEntry &LHS, const ValueEntry &RHS) {
57     return LHS.Rank > RHS.Rank;   // Sort so that highest rank goes to start.
58   }
59 }
60
61 #ifndef NDEBUG
62 /// PrintOps - Print out the expression identified in the Ops list.
63 ///
64 static void PrintOps(Instruction *I, const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
65   Module *M = I->getParent()->getParent()->getParent();
66   dbgs() << Instruction::getOpcodeName(I->getOpcode()) << " "
67        << *Ops[0].Op->getType() << '\t';
68   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
69     dbgs() << "[ ";
70     WriteAsOperand(dbgs(), Ops[i].Op, false, M);
71     dbgs() << ", #" << Ops[i].Rank << "] ";
72   }
73 }
74 #endif
75
76 namespace {
77   /// \brief Utility class representing a base and exponent pair which form one
78   /// factor of some product.
79   struct Factor {
80     Value *Base;
81     unsigned Power;
82
83     Factor(Value *Base, unsigned Power) : Base(Base), Power(Power) {}
84
85     /// \brief Sort factors by their Base.
86     struct BaseSorter {
87       bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
88         return LHS.Base < RHS.Base;
89       }
90     };
91
92     /// \brief Compare factors for equal bases.
93     struct BaseEqual {
94       bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
95         return LHS.Base == RHS.Base;
96       }
97     };
98
99     /// \brief Sort factors in descending order by their power.
100     struct PowerDescendingSorter {
101       bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
102         return LHS.Power > RHS.Power;
103       }
104     };
105
106     /// \brief Compare factors for equal powers.
107     struct PowerEqual {
108       bool operator()(const Factor &LHS, const Factor &RHS) {
109         return LHS.Power == RHS.Power;
110       }
111     };
112   };
113 }
114
115 namespace {
116   class Reassociate : public FunctionPass {
117     DenseMap<BasicBlock*, unsigned> RankMap;
118     DenseMap<AssertingVH<Value>, unsigned> ValueRankMap;
119     SetVector<AssertingVH<Instruction> > RedoInsts;
120     bool MadeChange;
121   public:
122     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
123     Reassociate() : FunctionPass(ID) {
124       initializeReassociatePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
125     }
126
127     bool runOnFunction(Function &F);
128
129     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
130       AU.setPreservesCFG();
131     }
132   private:
133     void BuildRankMap(Function &F);
134     unsigned getRank(Value *V);
135     void ReassociateExpression(BinaryOperator *I);
136     void RewriteExprTree(BinaryOperator *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
137     Value *OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
138                               SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
139     Value *OptimizeAdd(Instruction *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
140     bool collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
141                                 SmallVectorImpl<Factor> &Factors);
142     Value *buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
143                                    SmallVectorImpl<Factor> &Factors);
144     Value *OptimizeMul(BinaryOperator *I, SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops);
145     Value *RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor);
146     void EraseInst(Instruction *I);
147     void OptimizeInst(Instruction *I);
148   };
149 }
150
151 char Reassociate::ID = 0;
152 INITIALIZE_PASS(Reassociate, "reassociate",
153                 "Reassociate expressions", false, false)
154
155 // Public interface to the Reassociate pass
156 FunctionPass *llvm::createReassociatePass() { return new Reassociate(); }
157
158 /// isReassociableOp - Return true if V is an instruction of the specified
159 /// opcode and if it only has one use.
160 static BinaryOperator *isReassociableOp(Value *V, unsigned Opcode) {
161   if (V->hasOneUse() && isa<Instruction>(V) &&
162       cast<Instruction>(V)->getOpcode() == Opcode)
163     return cast<BinaryOperator>(V);
164   return 0;
165 }
166
167 static bool isUnmovableInstruction(Instruction *I) {
168   if (I->getOpcode() == Instruction::PHI ||
169       I->getOpcode() == Instruction::LandingPad ||
170       I->getOpcode() == Instruction::Alloca ||
171       I->getOpcode() == Instruction::Load ||
172       I->getOpcode() == Instruction::Invoke ||
173       (I->getOpcode() == Instruction::Call &&
174        !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) ||
175       I->getOpcode() == Instruction::UDiv ||
176       I->getOpcode() == Instruction::SDiv ||
177       I->getOpcode() == Instruction::FDiv ||
178       I->getOpcode() == Instruction::URem ||
179       I->getOpcode() == Instruction::SRem ||
180       I->getOpcode() == Instruction::FRem)
181     return true;
182   return false;
183 }
184
185 void Reassociate::BuildRankMap(Function &F) {
186   unsigned i = 2;
187
188   // Assign distinct ranks to function arguments
189   for (Function::arg_iterator I = F.arg_begin(), E = F.arg_end(); I != E; ++I)
190     ValueRankMap[&*I] = ++i;
191
192   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
193   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator I = RPOT.begin(),
194          E = RPOT.end(); I != E; ++I) {
195     BasicBlock *BB = *I;
196     unsigned BBRank = RankMap[BB] = ++i << 16;
197
198     // Walk the basic block, adding precomputed ranks for any instructions that
199     // we cannot move.  This ensures that the ranks for these instructions are
200     // all different in the block.
201     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
202       if (isUnmovableInstruction(I))
203         ValueRankMap[&*I] = ++BBRank;
204   }
205 }
206
207 unsigned Reassociate::getRank(Value *V) {
208   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
209   if (I == 0) {
210     if (isa<Argument>(V)) return ValueRankMap[V];   // Function argument.
211     return 0;  // Otherwise it's a global or constant, rank 0.
212   }
213
214   if (unsigned Rank = ValueRankMap[I])
215     return Rank;    // Rank already known?
216
217   // If this is an expression, return the 1+MAX(rank(LHS), rank(RHS)) so that
218   // we can reassociate expressions for code motion!  Since we do not recurse
219   // for PHI nodes, we cannot have infinite recursion here, because there
220   // cannot be loops in the value graph that do not go through PHI nodes.
221   unsigned Rank = 0, MaxRank = RankMap[I->getParent()];
222   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands();
223        i != e && Rank != MaxRank; ++i)
224     Rank = std::max(Rank, getRank(I->getOperand(i)));
225
226   // If this is a not or neg instruction, do not count it for rank.  This
227   // assures us that X and ~X will have the same rank.
228   if (!I->getType()->isIntegerTy() ||
229       (!BinaryOperator::isNot(I) && !BinaryOperator::isNeg(I)))
230     ++Rank;
231
232   //DEBUG(dbgs() << "Calculated Rank[" << V->getName() << "] = "
233   //     << Rank << "\n");
234
235   return ValueRankMap[I] = Rank;
236 }
237
238 /// LowerNegateToMultiply - Replace 0-X with X*-1.
239 ///
240 static BinaryOperator *LowerNegateToMultiply(Instruction *Neg) {
241   Constant *Cst = Constant::getAllOnesValue(Neg->getType());
242
243   BinaryOperator *Res =
244     BinaryOperator::CreateMul(Neg->getOperand(1), Cst, "",Neg);
245   Neg->setOperand(1, Constant::getNullValue(Neg->getType())); // Drop use of op.
246   Res->takeName(Neg);
247   Neg->replaceAllUsesWith(Res);
248   Res->setDebugLoc(Neg->getDebugLoc());
249   return Res;
250 }
251
252 /// CarmichaelShift - Returns k such that lambda(2^Bitwidth) = 2^k, where lambda
253 /// is the Carmichael function. This means that x^(2^k) === 1 mod 2^Bitwidth for
254 /// every odd x, i.e. x^(2^k) = 1 for every odd x in Bitwidth-bit arithmetic.
255 /// Note that 0 <= k < Bitwidth, and if Bitwidth > 3 then x^(2^k) = 0 for every
256 /// even x in Bitwidth-bit arithmetic.
257 static unsigned CarmichaelShift(unsigned Bitwidth) {
258   if (Bitwidth < 3)
259     return Bitwidth - 1;
260   return Bitwidth - 2;
261 }
262
263 /// IncorporateWeight - Add the extra weight 'RHS' to the existing weight 'LHS',
264 /// reducing the combined weight using any special properties of the operation.
265 /// The existing weight LHS represents the computation X op X op ... op X where
266 /// X occurs LHS times.  The combined weight represents  X op X op ... op X with
267 /// X occurring LHS + RHS times.  If op is "Xor" for example then the combined
268 /// operation is equivalent to X if LHS + RHS is odd, or 0 if LHS + RHS is even;
269 /// the routine returns 1 in LHS in the first case, and 0 in LHS in the second.
270 static void IncorporateWeight(APInt &LHS, const APInt &RHS, unsigned Opcode) {
271   // If we were working with infinite precision arithmetic then the combined
272   // weight would be LHS + RHS.  But we are using finite precision arithmetic,
273   // and the APInt sum LHS + RHS may not be correct if it wraps (it is correct
274   // for nilpotent operations and addition, but not for idempotent operations
275   // and multiplication), so it is important to correctly reduce the combined
276   // weight back into range if wrapping would be wrong.
277
278   // If RHS is zero then the weight didn't change.
279   if (RHS.isMinValue())
280     return;
281   // If LHS is zero then the combined weight is RHS.
282   if (LHS.isMinValue()) {
283     LHS = RHS;
284     return;
285   }
286   // From this point on we know that neither LHS nor RHS is zero.
287
288   if (Instruction::isIdempotent(Opcode)) {
289     // Idempotent means X op X === X, so any non-zero weight is equivalent to a
290     // weight of 1.  Keeping weights at zero or one also means that wrapping is
291     // not a problem.
292     assert(LHS == 1 && RHS == 1 && "Weights not reduced!");
293     return; // Return a weight of 1.
294   }
295   if (Instruction::isNilpotent(Opcode)) {
296     // Nilpotent means X op X === 0, so reduce weights modulo 2.
297     assert(LHS == 1 && RHS == 1 && "Weights not reduced!");
298     LHS = 0; // 1 + 1 === 0 modulo 2.
299     return;
300   }
301   if (Opcode == Instruction::Add) {
302     // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?
303     LHS += RHS;
304     return;
305   }
306
307   assert(Opcode == Instruction::Mul && "Unknown associative operation!");
308   unsigned Bitwidth = LHS.getBitWidth();
309   // If CM is the Carmichael number then a weight W satisfying W >= CM+Bitwidth
310   // can be replaced with W-CM.  That's because x^W=x^(W-CM) for every Bitwidth
311   // bit number x, since either x is odd in which case x^CM = 1, or x is even in
312   // which case both x^W and x^(W - CM) are zero.  By subtracting off multiples
313   // of CM like this weights can always be reduced to the range [0, CM+Bitwidth)
314   // which by a happy accident means that they can always be represented using
315   // Bitwidth bits.
316   // TODO: Reduce the weight by exploiting nsw/nuw?  (Could do much better than
317   // the Carmichael number).
318   if (Bitwidth > 3) {
319     /// CM - The value of Carmichael's lambda function.
320     APInt CM = APInt::getOneBitSet(Bitwidth, CarmichaelShift(Bitwidth));
321     // Any weight W >= Threshold can be replaced with W - CM.
322     APInt Threshold = CM + Bitwidth;
323     assert(LHS.ult(Threshold) && RHS.ult(Threshold) && "Weights not reduced!");
324     // For Bitwidth 4 or more the following sum does not overflow.
325     LHS += RHS;
326     while (LHS.uge(Threshold))
327       LHS -= CM;
328   } else {
329     // To avoid problems with overflow do everything the same as above but using
330     // a larger type.
331     unsigned CM = 1U << CarmichaelShift(Bitwidth);
332     unsigned Threshold = CM + Bitwidth;
333     assert(LHS.getZExtValue() < Threshold && RHS.getZExtValue() < Threshold &&
334            "Weights not reduced!");
335     unsigned Total = LHS.getZExtValue() + RHS.getZExtValue();
336     while (Total >= Threshold)
337       Total -= CM;
338     LHS = Total;
339   }
340 }
341
342 typedef std::pair<Value*, APInt> RepeatedValue;
343
344 /// LinearizeExprTree - Given an associative binary expression, return the leaf
345 /// nodes in Ops along with their weights (how many times the leaf occurs).  The
346 /// original expression is the same as
347 ///   (Ops[0].first op Ops[0].first op ... Ops[0].first)  <- Ops[0].second times
348 /// op
349 ///   (Ops[1].first op Ops[1].first op ... Ops[1].first)  <- Ops[1].second times
350 /// op
351 ///   ...
352 /// op
353 ///   (Ops[N].first op Ops[N].first op ... Ops[N].first)  <- Ops[N].second times
354 ///
355 /// Note that the values Ops[0].first, ..., Ops[N].first are all distinct.
356 ///
357 /// This routine may modify the function, in which case it returns 'true'.  The
358 /// changes it makes may well be destructive, changing the value computed by 'I'
359 /// to something completely different.  Thus if the routine returns 'true' then
360 /// you MUST either replace I with a new expression computed from the Ops array,
361 /// or use RewriteExprTree to put the values back in.
362 ///
363 /// A leaf node is either not a binary operation of the same kind as the root
364 /// node 'I' (i.e. is not a binary operator at all, or is, but with a different
365 /// opcode), or is the same kind of binary operator but has a use which either
366 /// does not belong to the expression, or does belong to the expression but is
367 /// a leaf node.  Every leaf node has at least one use that is a non-leaf node
368 /// of the expression, while for non-leaf nodes (except for the root 'I') every
369 /// use is a non-leaf node of the expression.
370 ///
371 /// For example:
372 ///           expression graph        node names
373 ///
374 ///                     +        |        I
375 ///                    / \       |
376 ///                   +   +      |      A,  B
377 ///                  / \ / \     |
378 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
379 ///                / \ / \ / \   |
380 ///                   +   *      |      F,  G
381 ///
382 /// The leaf nodes are C, E, F and G.  The Ops array will contain (maybe not in
383 /// that order) (C, 1), (E, 1), (F, 2), (G, 2).
384 ///
385 /// The expression is maximal: if some instruction is a binary operator of the
386 /// same kind as 'I', and all of its uses are non-leaf nodes of the expression,
387 /// then the instruction also belongs to the expression, is not a leaf node of
388 /// it, and its operands also belong to the expression (but may be leaf nodes).
389 ///
390 /// NOTE: This routine will set operands of non-leaf non-root nodes to undef in
391 /// order to ensure that every non-root node in the expression has *exactly one*
392 /// use by a non-leaf node of the expression.  This destruction means that the
393 /// caller MUST either replace 'I' with a new expression or use something like
394 /// RewriteExprTree to put the values back in if the routine indicates that it
395 /// made a change by returning 'true'.
396 ///
397 /// In the above example either the right operand of A or the left operand of B
398 /// will be replaced by undef.  If it is B's operand then this gives:
399 ///
400 ///                     +        |        I
401 ///                    / \       |
402 ///                   +   +      |      A,  B - operand of B replaced with undef
403 ///                  / \   \     |
404 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
405 ///                / \ / \ / \   |
406 ///                   +   *      |      F,  G
407 ///
408 /// Note that such undef operands can only be reached by passing through 'I'.
409 /// For example, if you visit operands recursively starting from a leaf node
410 /// then you will never see such an undef operand unless you get back to 'I',
411 /// which requires passing through a phi node.
412 ///
413 /// Note that this routine may also mutate binary operators of the wrong type
414 /// that have all uses inside the expression (i.e. only used by non-leaf nodes
415 /// of the expression) if it can turn them into binary operators of the right
416 /// type and thus make the expression bigger.
417
418 static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
419                               SmallVectorImpl<RepeatedValue> &Ops) {
420   DEBUG(dbgs() << "LINEARIZE: " << *I << '\n');
421   unsigned Bitwidth = I->getType()->getScalarType()->getPrimitiveSizeInBits();
422   unsigned Opcode = I->getOpcode();
423   assert(Instruction::isAssociative(Opcode) &&
424          Instruction::isCommutative(Opcode) &&
425          "Expected an associative and commutative operation!");
426
427   // Visit all operands of the expression, keeping track of their weight (the
428   // number of paths from the expression root to the operand, or if you like
429   // the number of times that operand occurs in the linearized expression).
430   // For example, if I = X + A, where X = A + B, then I, X and B have weight 1
431   // while A has weight two.
432
433   // Worklist of non-leaf nodes (their operands are in the expression too) along
434   // with their weights, representing a certain number of paths to the operator.
435   // If an operator occurs in the worklist multiple times then we found multiple
436   // ways to get to it.
437   SmallVector<std::pair<BinaryOperator*, APInt>, 8> Worklist; // (Op, Weight)
438   Worklist.push_back(std::make_pair(I, APInt(Bitwidth, 1)));
439   bool MadeChange = false;
440
441   // Leaves of the expression are values that either aren't the right kind of
442   // operation (eg: a constant, or a multiply in an add tree), or are, but have
443   // some uses that are not inside the expression.  For example, in I = X + X,
444   // X = A + B, the value X has two uses (by I) that are in the expression.  If
445   // X has any other uses, for example in a return instruction, then we consider
446   // X to be a leaf, and won't analyze it further.  When we first visit a value,
447   // if it has more than one use then at first we conservatively consider it to
448   // be a leaf.  Later, as the expression is explored, we may discover some more
449   // uses of the value from inside the expression.  If all uses turn out to be
450   // from within the expression (and the value is a binary operator of the right
451   // kind) then the value is no longer considered to be a leaf, and its operands
452   // are explored.
453
454   // Leaves - Keeps track of the set of putative leaves as well as the number of
455   // paths to each leaf seen so far.
456   typedef DenseMap<Value*, APInt> LeafMap;
457   LeafMap Leaves; // Leaf -> Total weight so far.
458   SmallVector<Value*, 8> LeafOrder; // Ensure deterministic leaf output order.
459
460 #ifndef NDEBUG
461   SmallPtrSet<Value*, 8> Visited; // For sanity checking the iteration scheme.
462 #endif
463   while (!Worklist.empty()) {
464     std::pair<BinaryOperator*, APInt> P = Worklist.pop_back_val();
465     I = P.first; // We examine the operands of this binary operator.
466
467     for (unsigned OpIdx = 0; OpIdx < 2; ++OpIdx) { // Visit operands.
468       Value *Op = I->getOperand(OpIdx);
469       APInt Weight = P.second; // Number of paths to this operand.
470       DEBUG(dbgs() << "OPERAND: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
471       assert(!Op->use_empty() && "No uses, so how did we get to it?!");
472
473       // If this is a binary operation of the right kind with only one use then
474       // add its operands to the expression.
475       if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
476         assert(Visited.insert(Op) && "Not first visit!");
477         DEBUG(dbgs() << "DIRECT ADD: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
478         Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
479         continue;
480       }
481
482       // Appears to be a leaf.  Is the operand already in the set of leaves?
483       LeafMap::iterator It = Leaves.find(Op);
484       if (It == Leaves.end()) {
485         // Not in the leaf map.  Must be the first time we saw this operand.
486         assert(Visited.insert(Op) && "Not first visit!");
487         if (!Op->hasOneUse()) {
488           // This value has uses not accounted for by the expression, so it is
489           // not safe to modify.  Mark it as being a leaf.
490           DEBUG(dbgs() << "ADD USES LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
491           LeafOrder.push_back(Op);
492           Leaves[Op] = Weight;
493           continue;
494         }
495         // No uses outside the expression, try morphing it.
496       } else if (It != Leaves.end()) {
497         // Already in the leaf map.
498         assert(Visited.count(Op) && "In leaf map but not visited!");
499
500         // Update the number of paths to the leaf.
501         IncorporateWeight(It->second, Weight, Opcode);
502
503 #if 0   // TODO: Re-enable once PR13021 is fixed.
504         // The leaf already has one use from inside the expression.  As we want
505         // exactly one such use, drop this new use of the leaf.
506         assert(!Op->hasOneUse() && "Only one use, but we got here twice!");
507         I->setOperand(OpIdx, UndefValue::get(I->getType()));
508         MadeChange = true;
509
510         // If the leaf is a binary operation of the right kind and we now see
511         // that its multiple original uses were in fact all by nodes belonging
512         // to the expression, then no longer consider it to be a leaf and add
513         // its operands to the expression.
514         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
515           DEBUG(dbgs() << "UNLEAF: " << *Op << " (" << It->second << ")\n");
516           Worklist.push_back(std::make_pair(BO, It->second));
517           Leaves.erase(It);
518           continue;
519         }
520 #endif
521
522         // If we still have uses that are not accounted for by the expression
523         // then it is not safe to modify the value.
524         if (!Op->hasOneUse())
525           continue;
526
527         // No uses outside the expression, try morphing it.
528         Weight = It->second;
529         Leaves.erase(It); // Since the value may be morphed below.
530       }
531
532       // At this point we have a value which, first of all, is not a binary
533       // expression of the right kind, and secondly, is only used inside the
534       // expression.  This means that it can safely be modified.  See if we
535       // can usefully morph it into an expression of the right kind.
536       assert((!isa<Instruction>(Op) ||
537               cast<Instruction>(Op)->getOpcode() != Opcode) &&
538              "Should have been handled above!");
539       assert(Op->hasOneUse() && "Has uses outside the expression tree!");
540
541       // If this is a multiply expression, turn any internal negations into
542       // multiplies by -1 so they can be reassociated.
543       BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op);
544       if (Opcode == Instruction::Mul && BO && BinaryOperator::isNeg(BO)) {
545         DEBUG(dbgs() << "MORPH LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ") TO ");
546         BO = LowerNegateToMultiply(BO);
547         DEBUG(dbgs() << *BO << 'n');
548         Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
549         MadeChange = true;
550         continue;
551       }
552
553       // Failed to morph into an expression of the right type.  This really is
554       // a leaf.
555       DEBUG(dbgs() << "ADD LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
556       assert(!isReassociableOp(Op, Opcode) && "Value was morphed?");
557       LeafOrder.push_back(Op);
558       Leaves[Op] = Weight;
559     }
560   }
561
562   // The leaves, repeated according to their weights, represent the linearized
563   // form of the expression.
564   for (unsigned i = 0, e = LeafOrder.size(); i != e; ++i) {
565     Value *V = LeafOrder[i];
566     LeafMap::iterator It = Leaves.find(V);
567     if (It == Leaves.end())
568       // Node initially thought to be a leaf wasn't.
569       continue;
570     assert(!isReassociableOp(V, Opcode) && "Shouldn't be a leaf!");
571     APInt Weight = It->second;
572     if (Weight.isMinValue())
573       // Leaf already output or weight reduction eliminated it.
574       continue;
575     // Ensure the leaf is only output once.
576     It->second = 0;
577     Ops.push_back(std::make_pair(V, Weight));
578   }
579
580   // For nilpotent operations or addition there may be no operands, for example
581   // because the expression was "X xor X" or consisted of 2^Bitwidth additions:
582   // in both cases the weight reduces to 0 causing the value to be skipped.
583   if (Ops.empty()) {
584     Constant *Identity = ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType());
585     assert(Identity && "Associative operation without identity!");
586     Ops.push_back(std::make_pair(Identity, APInt(Bitwidth, 1)));
587   }
588
589   return MadeChange;
590 }
591
592 // RewriteExprTree - Now that the operands for this expression tree are
593 // linearized and optimized, emit them in-order.
594 void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
595                                   SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
596   assert(Ops.size() > 1 && "Single values should be used directly!");
597
598   // Since our optimizations should never increase the number of operations, the
599   // new expression can usually be written reusing the existing binary operators
600   // from the original expression tree, without creating any new instructions,
601   // though the rewritten expression may have a completely different topology.
602   // We take care to not change anything if the new expression will be the same
603   // as the original.  If more than trivial changes (like commuting operands)
604   // were made then we are obliged to clear out any optional subclass data like
605   // nsw flags.
606
607   /// NodesToRewrite - Nodes from the original expression available for writing
608   /// the new expression into.
609   SmallVector<BinaryOperator*, 8> NodesToRewrite;
610   unsigned Opcode = I->getOpcode();
611   BinaryOperator *Op = I;
612
613   /// NotRewritable - The operands being written will be the leaves of the new
614   /// expression and must not be used as inner nodes (via NodesToRewrite) by
615   /// mistake.  Inner nodes are always reassociable, and usually leaves are not
616   /// (if they were they would have been incorporated into the expression and so
617   /// would not be leaves), so most of the time there is no danger of this.  But
618   /// in rare cases a leaf may become reassociable if an optimization kills uses
619   /// of it, or it may momentarily become reassociable during rewriting (below)
620   /// due it being removed as an operand of one of its uses.  Ensure that misuse
621   /// of leaf nodes as inner nodes cannot occur by remembering all of the future
622   /// leaves and refusing to reuse any of them as inner nodes.
623   SmallPtrSet<Value*, 8> NotRewritable;
624   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
625     NotRewritable.insert(Ops[i].Op);
626
627   // ExpressionChanged - Non-null if the rewritten expression differs from the
628   // original in some non-trivial way, requiring the clearing of optional flags.
629   // Flags are cleared from the operator in ExpressionChanged up to I inclusive.
630   BinaryOperator *ExpressionChanged = 0;
631   for (unsigned i = 0; ; ++i) {
632     // The last operation (which comes earliest in the IR) is special as both
633     // operands will come from Ops, rather than just one with the other being
634     // a subexpression.
635     if (i+2 == Ops.size()) {
636       Value *NewLHS = Ops[i].Op;
637       Value *NewRHS = Ops[i+1].Op;
638       Value *OldLHS = Op->getOperand(0);
639       Value *OldRHS = Op->getOperand(1);
640
641       if (NewLHS == OldLHS && NewRHS == OldRHS)
642         // Nothing changed, leave it alone.
643         break;
644
645       if (NewLHS == OldRHS && NewRHS == OldLHS) {
646         // The order of the operands was reversed.  Swap them.
647         DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
648         Op->swapOperands();
649         DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
650         MadeChange = true;
651         ++NumChanged;
652         break;
653       }
654
655       // The new operation differs non-trivially from the original. Overwrite
656       // the old operands with the new ones.
657       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
658       if (NewLHS != OldLHS) {
659         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldLHS, Opcode);
660         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
661           NodesToRewrite.push_back(BO);
662         Op->setOperand(0, NewLHS);
663       }
664       if (NewRHS != OldRHS) {
665         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldRHS, Opcode);
666         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
667           NodesToRewrite.push_back(BO);
668         Op->setOperand(1, NewRHS);
669       }
670       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
671
672       ExpressionChanged = Op;
673       MadeChange = true;
674       ++NumChanged;
675
676       break;
677     }
678
679     // Not the last operation.  The left-hand side will be a sub-expression
680     // while the right-hand side will be the current element of Ops.
681     Value *NewRHS = Ops[i].Op;
682     if (NewRHS != Op->getOperand(1)) {
683       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
684       if (NewRHS == Op->getOperand(0)) {
685         // The new right-hand side was already present as the left operand.  If
686         // we are lucky then swapping the operands will sort out both of them.
687         Op->swapOperands();
688       } else {
689         // Overwrite with the new right-hand side.
690         BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(1), Opcode);
691         if (BO && !NotRewritable.count(BO))
692           NodesToRewrite.push_back(BO);
693         Op->setOperand(1, NewRHS);
694         ExpressionChanged = Op;
695       }
696       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
697       MadeChange = true;
698       ++NumChanged;
699     }
700
701     // Now deal with the left-hand side.  If this is already an operation node
702     // from the original expression then just rewrite the rest of the expression
703     // into it.
704     BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(0), Opcode);
705     if (BO && !NotRewritable.count(BO)) {
706       Op = BO;
707       continue;
708     }
709
710     // Otherwise, grab a spare node from the original expression and use that as
711     // the left-hand side.  If there are no nodes left then the optimizers made
712     // an expression with more nodes than the original!  This usually means that
713     // they did something stupid but it might mean that the problem was just too
714     // hard (finding the mimimal number of multiplications needed to realize a
715     // multiplication expression is NP-complete).  Whatever the reason, smart or
716     // stupid, create a new node if there are none left.
717     BinaryOperator *NewOp;
718     if (NodesToRewrite.empty()) {
719       Constant *Undef = UndefValue::get(I->getType());
720       NewOp = BinaryOperator::Create(Instruction::BinaryOps(Opcode),
721                                      Undef, Undef, "", I);
722     } else {
723       NewOp = NodesToRewrite.pop_back_val();
724     }
725
726     DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
727     Op->setOperand(0, NewOp);
728     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
729     ExpressionChanged = Op;
730     MadeChange = true;
731     ++NumChanged;
732     Op = NewOp;
733   }
734
735   // If the expression changed non-trivially then clear out all subclass data
736   // starting from the operator specified in ExpressionChanged, and compactify
737   // the operators to just before the expression root to guarantee that the
738   // expression tree is dominated by all of Ops.
739   if (ExpressionChanged)
740     do {
741       ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
742       if (ExpressionChanged == I)
743         break;
744       ExpressionChanged->moveBefore(I);
745       ExpressionChanged = cast<BinaryOperator>(*ExpressionChanged->use_begin());
746     } while (1);
747
748   // Throw away any left over nodes from the original expression.
749   for (unsigned i = 0, e = NodesToRewrite.size(); i != e; ++i)
750     RedoInsts.insert(NodesToRewrite[i]);
751 }
752
753 /// NegateValue - Insert instructions before the instruction pointed to by BI,
754 /// that computes the negative version of the value specified.  The negative
755 /// version of the value is returned, and BI is left pointing at the instruction
756 /// that should be processed next by the reassociation pass.
757 static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
758   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
759     return ConstantExpr::getNeg(C);
760
761   // We are trying to expose opportunity for reassociation.  One of the things
762   // that we want to do to achieve this is to push a negation as deep into an
763   // expression chain as possible, to expose the add instructions.  In practice,
764   // this means that we turn this:
765   //   X = -(A+12+C+D)   into    X = -A + -12 + -C + -D = -12 + -A + -C + -D
766   // so that later, a: Y = 12+X could get reassociated with the -12 to eliminate
767   // the constants.  We assume that instcombine will clean up the mess later if
768   // we introduce tons of unnecessary negation instructions.
769   //
770   if (BinaryOperator *I = isReassociableOp(V, Instruction::Add)) {
771     // Push the negates through the add.
772     I->setOperand(0, NegateValue(I->getOperand(0), BI));
773     I->setOperand(1, NegateValue(I->getOperand(1), BI));
774
775     // We must move the add instruction here, because the neg instructions do
776     // not dominate the old add instruction in general.  By moving it, we are
777     // assured that the neg instructions we just inserted dominate the
778     // instruction we are about to insert after them.
779     //
780     I->moveBefore(BI);
781     I->setName(I->getName()+".neg");
782     return I;
783   }
784
785   // Okay, we need to materialize a negated version of V with an instruction.
786   // Scan the use lists of V to see if we have one already.
787   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
788     User *U = *UI;
789     if (!BinaryOperator::isNeg(U)) continue;
790
791     // We found one!  Now we have to make sure that the definition dominates
792     // this use.  We do this by moving it to the entry block (if it is a
793     // non-instruction value) or right after the definition.  These negates will
794     // be zapped by reassociate later, so we don't need much finesse here.
795     BinaryOperator *TheNeg = cast<BinaryOperator>(U);
796
797     // Verify that the negate is in this function, V might be a constant expr.
798     if (TheNeg->getParent()->getParent() != BI->getParent()->getParent())
799       continue;
800
801     BasicBlock::iterator InsertPt;
802     if (Instruction *InstInput = dyn_cast<Instruction>(V)) {
803       if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InstInput)) {
804         InsertPt = II->getNormalDest()->begin();
805       } else {
806         InsertPt = InstInput;
807         ++InsertPt;
808       }
809       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
810     } else {
811       InsertPt = TheNeg->getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin();
812     }
813     TheNeg->moveBefore(InsertPt);
814     return TheNeg;
815   }
816
817   // Insert a 'neg' instruction that subtracts the value from zero to get the
818   // negation.
819   return BinaryOperator::CreateNeg(V, V->getName() + ".neg", BI);
820 }
821
822 /// ShouldBreakUpSubtract - Return true if we should break up this subtract of
823 /// X-Y into (X + -Y).
824 static bool ShouldBreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
825   // If this is a negation, we can't split it up!
826   if (BinaryOperator::isNeg(Sub))
827     return false;
828
829   // Don't bother to break this up unless either the LHS is an associable add or
830   // subtract or if this is only used by one.
831   if (isReassociableOp(Sub->getOperand(0), Instruction::Add) ||
832       isReassociableOp(Sub->getOperand(0), Instruction::Sub))
833     return true;
834   if (isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Add) ||
835       isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Sub))
836     return true;
837   if (Sub->hasOneUse() &&
838       (isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Add) ||
839        isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Sub)))
840     return true;
841
842   return false;
843 }
844
845 /// BreakUpSubtract - If we have (X-Y), and if either X is an add, or if this is
846 /// only used by an add, transform this into (X+(0-Y)) to promote better
847 /// reassociation.
848 static BinaryOperator *BreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
849   // Convert a subtract into an add and a neg instruction. This allows sub
850   // instructions to be commuted with other add instructions.
851   //
852   // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction,
853   // and set it as the RHS of the add instruction we just made.
854   //
855   Value *NegVal = NegateValue(Sub->getOperand(1), Sub);
856   BinaryOperator *New =
857     BinaryOperator::CreateAdd(Sub->getOperand(0), NegVal, "", Sub);
858   Sub->setOperand(0, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
859   Sub->setOperand(1, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
860   New->takeName(Sub);
861
862   // Everyone now refers to the add instruction.
863   Sub->replaceAllUsesWith(New);
864   New->setDebugLoc(Sub->getDebugLoc());
865
866   DEBUG(dbgs() << "Negated: " << *New << '\n');
867   return New;
868 }
869
870 /// ConvertShiftToMul - If this is a shift of a reassociable multiply or is used
871 /// by one, change this into a multiply by a constant to assist with further
872 /// reassociation.
873 static BinaryOperator *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl) {
874   Constant *MulCst = ConstantInt::get(Shl->getType(), 1);
875   MulCst = ConstantExpr::getShl(MulCst, cast<Constant>(Shl->getOperand(1)));
876
877   BinaryOperator *Mul =
878     BinaryOperator::CreateMul(Shl->getOperand(0), MulCst, "", Shl);
879   Shl->setOperand(0, UndefValue::get(Shl->getType())); // Drop use of op.
880   Mul->takeName(Shl);
881   Shl->replaceAllUsesWith(Mul);
882   Mul->setDebugLoc(Shl->getDebugLoc());
883   return Mul;
884 }
885
886 /// FindInOperandList - Scan backwards and forwards among values with the same
887 /// rank as element i to see if X exists.  If X does not exist, return i.  This
888 /// is useful when scanning for 'x' when we see '-x' because they both get the
889 /// same rank.
890 static unsigned FindInOperandList(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops, unsigned i,
891                                   Value *X) {
892   unsigned XRank = Ops[i].Rank;
893   unsigned e = Ops.size();
894   for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j].Rank == XRank; ++j)
895     if (Ops[j].Op == X)
896       return j;
897   // Scan backwards.
898   for (unsigned j = i-1; j != ~0U && Ops[j].Rank == XRank; --j)
899     if (Ops[j].Op == X)
900       return j;
901   return i;
902 }
903
904 /// EmitAddTreeOfValues - Emit a tree of add instructions, summing Ops together
905 /// and returning the result.  Insert the tree before I.
906 static Value *EmitAddTreeOfValues(Instruction *I,
907                                   SmallVectorImpl<WeakVH> &Ops){
908   if (Ops.size() == 1) return Ops.back();
909
910   Value *V1 = Ops.back();
911   Ops.pop_back();
912   Value *V2 = EmitAddTreeOfValues(I, Ops);
913   return BinaryOperator::CreateAdd(V2, V1, "tmp", I);
914 }
915
916 /// RemoveFactorFromExpression - If V is an expression tree that is a
917 /// multiplication sequence, and if this sequence contains a multiply by Factor,
918 /// remove Factor from the tree and return the new tree.
919 Value *Reassociate::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
920   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul);
921   if (!BO) return 0;
922
923   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
924   MadeChange |= LinearizeExprTree(BO, Tree);
925   SmallVector<ValueEntry, 8> Factors;
926   Factors.reserve(Tree.size());
927   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
928     RepeatedValue E = Tree[i];
929     Factors.append(E.second.getZExtValue(),
930                    ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
931   }
932
933   bool FoundFactor = false;
934   bool NeedsNegate = false;
935   for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
936     if (Factors[i].Op == Factor) {
937       FoundFactor = true;
938       Factors.erase(Factors.begin()+i);
939       break;
940     }
941
942     // If this is a negative version of this factor, remove it.
943     if (ConstantInt *FC1 = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
944       if (ConstantInt *FC2 = dyn_cast<ConstantInt>(Factors[i].Op))
945         if (FC1->getValue() == -FC2->getValue()) {
946           FoundFactor = NeedsNegate = true;
947           Factors.erase(Factors.begin()+i);
948           break;
949         }
950   }
951
952   if (!FoundFactor) {
953     // Make sure to restore the operands to the expression tree.
954     RewriteExprTree(BO, Factors);
955     return 0;
956   }
957
958   BasicBlock::iterator InsertPt = BO; ++InsertPt;
959
960   // If this was just a single multiply, remove the multiply and return the only
961   // remaining operand.
962   if (Factors.size() == 1) {
963     RedoInsts.insert(BO);
964     V = Factors[0].Op;
965   } else {
966     RewriteExprTree(BO, Factors);
967     V = BO;
968   }
969
970   if (NeedsNegate)
971     V = BinaryOperator::CreateNeg(V, "neg", InsertPt);
972
973   return V;
974 }
975
976 /// FindSingleUseMultiplyFactors - If V is a single-use multiply, recursively
977 /// add its operands as factors, otherwise add V to the list of factors.
978 ///
979 /// Ops is the top-level list of add operands we're trying to factor.
980 static void FindSingleUseMultiplyFactors(Value *V,
981                                          SmallVectorImpl<Value*> &Factors,
982                                        const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
983   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul);
984   if (!BO) {
985     Factors.push_back(V);
986     return;
987   }
988
989   // Otherwise, add the LHS and RHS to the list of factors.
990   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(1), Factors, Ops);
991   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(0), Factors, Ops);
992 }
993
994 /// OptimizeAndOrXor - Optimize a series of operands to an 'and', 'or', or 'xor'
995 /// instruction.  This optimizes based on identities.  If it can be reduced to
996 /// a single Value, it is returned, otherwise the Ops list is mutated as
997 /// necessary.
998 static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
999                                SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1000   // Scan the operand lists looking for X and ~X pairs, along with X,X pairs.
1001   // If we find any, we can simplify the expression. X&~X == 0, X|~X == -1.
1002   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1003     // First, check for X and ~X in the operand list.
1004     assert(i < Ops.size());
1005     if (BinaryOperator::isNot(Ops[i].Op)) {    // Cannot occur for ^.
1006       Value *X = BinaryOperator::getNotArgument(Ops[i].Op);
1007       unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1008       if (FoundX != i) {
1009         if (Opcode == Instruction::And)   // ...&X&~X = 0
1010           return Constant::getNullValue(X->getType());
1011
1012         if (Opcode == Instruction::Or)    // ...|X|~X = -1
1013           return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1014       }
1015     }
1016
1017     // Next, check for duplicate pairs of values, which we assume are next to
1018     // each other, due to our sorting criteria.
1019     assert(i < Ops.size());
1020     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == Ops[i].Op) {
1021       if (Opcode == Instruction::And || Opcode == Instruction::Or) {
1022         // Drop duplicate values for And and Or.
1023         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1024         --i; --e;
1025         ++NumAnnihil;
1026         continue;
1027       }
1028
1029       // Drop pairs of values for Xor.
1030       assert(Opcode == Instruction::Xor);
1031       if (e == 2)
1032         return Constant::getNullValue(Ops[0].Op->getType());
1033
1034       // Y ^ X^X -> Y
1035       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1036       i -= 1; e -= 2;
1037       ++NumAnnihil;
1038     }
1039   }
1040   return 0;
1041 }
1042
1043 /// OptimizeAdd - Optimize a series of operands to an 'add' instruction.  This
1044 /// optimizes based on identities.  If it can be reduced to a single Value, it
1045 /// is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
1046 Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
1047                                 SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1048   // Scan the operand lists looking for X and -X pairs.  If we find any, we
1049   // can simplify the expression. X+-X == 0.  While we're at it, scan for any
1050   // duplicates.  We want to canonicalize Y+Y+Y+Z -> 3*Y+Z.
1051   //
1052   // TODO: We could handle "X + ~X" -> "-1" if we wanted, since "-X = ~X+1".
1053   //
1054   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1055     Value *TheOp = Ops[i].Op;
1056     // Check to see if we've seen this operand before.  If so, we factor all
1057     // instances of the operand together.  Due to our sorting criteria, we know
1058     // that these need to be next to each other in the vector.
1059     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == TheOp) {
1060       // Rescan the list, remove all instances of this operand from the expr.
1061       unsigned NumFound = 0;
1062       do {
1063         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1064         ++NumFound;
1065       } while (i != Ops.size() && Ops[i].Op == TheOp);
1066
1067       DEBUG(errs() << "\nFACTORING [" << NumFound << "]: " << *TheOp << '\n');
1068       ++NumFactor;
1069
1070       // Insert a new multiply.
1071       Value *Mul = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(I->getType()), NumFound);
1072       Mul = BinaryOperator::CreateMul(TheOp, Mul, "factor", I);
1073
1074       // Now that we have inserted a multiply, optimize it. This allows us to
1075       // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1076       // (X*2) + (X*2) + (X*2) -> (X*2)*3 -> X*6
1077       RedoInsts.insert(cast<Instruction>(Mul));
1078
1079       // If every add operand was a duplicate, return the multiply.
1080       if (Ops.empty())
1081         return Mul;
1082
1083       // Otherwise, we had some input that didn't have the dupe, such as
1084       // "A + A + B" -> "A*2 + B".  Add the new multiply to the list of
1085       // things being added by this operation.
1086       Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(Mul), Mul));
1087
1088       --i;
1089       e = Ops.size();
1090       continue;
1091     }
1092
1093     // Check for X and -X in the operand list.
1094     if (!BinaryOperator::isNeg(TheOp))
1095       continue;
1096
1097     Value *X = BinaryOperator::getNegArgument(TheOp);
1098     unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1099     if (FoundX == i)
1100       continue;
1101
1102     // Remove X and -X from the operand list.
1103     if (Ops.size() == 2)
1104       return Constant::getNullValue(X->getType());
1105
1106     Ops.erase(Ops.begin()+i);
1107     if (i < FoundX)
1108       --FoundX;
1109     else
1110       --i;   // Need to back up an extra one.
1111     Ops.erase(Ops.begin()+FoundX);
1112     ++NumAnnihil;
1113     --i;     // Revisit element.
1114     e -= 2;  // Removed two elements.
1115   }
1116
1117   // Scan the operand list, checking to see if there are any common factors
1118   // between operands.  Consider something like A*A+A*B*C+D.  We would like to
1119   // reassociate this to A*(A+B*C)+D, which reduces the number of multiplies.
1120   // To efficiently find this, we count the number of times a factor occurs
1121   // for any ADD operands that are MULs.
1122   DenseMap<Value*, unsigned> FactorOccurrences;
1123
1124   // Keep track of each multiply we see, to avoid triggering on (X*4)+(X*4)
1125   // where they are actually the same multiply.
1126   unsigned MaxOcc = 0;
1127   Value *MaxOccVal = 0;
1128   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1129     BinaryOperator *BOp = isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul);
1130     if (!BOp)
1131       continue;
1132
1133     // Compute all of the factors of this added value.
1134     SmallVector<Value*, 8> Factors;
1135     FindSingleUseMultiplyFactors(BOp, Factors, Ops);
1136     assert(Factors.size() > 1 && "Bad linearize!");
1137
1138     // Add one to FactorOccurrences for each unique factor in this op.
1139     SmallPtrSet<Value*, 8> Duplicates;
1140     for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
1141       Value *Factor = Factors[i];
1142       if (!Duplicates.insert(Factor)) continue;
1143
1144       unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1145       if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factor; }
1146
1147       // If Factor is a negative constant, add the negated value as a factor
1148       // because we can percolate the negate out.  Watch for minint, which
1149       // cannot be positivified.
1150       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
1151         if (CI->isNegative() && !CI->isMinValue(true)) {
1152           Factor = ConstantInt::get(CI->getContext(), -CI->getValue());
1153           assert(!Duplicates.count(Factor) &&
1154                  "Shouldn't have two constant factors, missed a canonicalize");
1155
1156           unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1157           if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factor; }
1158         }
1159     }
1160   }
1161
1162   // If any factor occurred more than one time, we can pull it out.
1163   if (MaxOcc > 1) {
1164     DEBUG(errs() << "\nFACTORING [" << MaxOcc << "]: " << *MaxOccVal << '\n');
1165     ++NumFactor;
1166
1167     // Create a new instruction that uses the MaxOccVal twice.  If we don't do
1168     // this, we could otherwise run into situations where removing a factor
1169     // from an expression will drop a use of maxocc, and this can cause
1170     // RemoveFactorFromExpression on successive values to behave differently.
1171     Instruction *DummyInst = BinaryOperator::CreateAdd(MaxOccVal, MaxOccVal);
1172     SmallVector<WeakVH, 4> NewMulOps;
1173     for (unsigned i = 0; i != Ops.size(); ++i) {
1174       // Only try to remove factors from expressions we're allowed to.
1175       BinaryOperator *BOp = isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul);
1176       if (!BOp)
1177         continue;
1178
1179       if (Value *V = RemoveFactorFromExpression(Ops[i].Op, MaxOccVal)) {
1180         // The factorized operand may occur several times.  Convert them all in
1181         // one fell swoop.
1182         for (unsigned j = Ops.size(); j != i;) {
1183           --j;
1184           if (Ops[j].Op == Ops[i].Op) {
1185             NewMulOps.push_back(V);
1186             Ops.erase(Ops.begin()+j);
1187           }
1188         }
1189         --i;
1190       }
1191     }
1192
1193     // No need for extra uses anymore.
1194     delete DummyInst;
1195
1196     unsigned NumAddedValues = NewMulOps.size();
1197     Value *V = EmitAddTreeOfValues(I, NewMulOps);
1198
1199     // Now that we have inserted the add tree, optimize it. This allows us to
1200     // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1201     // A*A*B + A*A*C   -->   A*(A*B+A*C)   -->   A*(A*(B+C))
1202     assert(NumAddedValues > 1 && "Each occurrence should contribute a value");
1203     (void)NumAddedValues;
1204     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
1205       RedoInsts.insert(VI);
1206
1207     // Create the multiply.
1208     Instruction *V2 = BinaryOperator::CreateMul(V, MaxOccVal, "tmp", I);
1209
1210     // Rerun associate on the multiply in case the inner expression turned into
1211     // a multiply.  We want to make sure that we keep things in canonical form.
1212     RedoInsts.insert(V2);
1213
1214     // If every add operand included the factor (e.g. "A*B + A*C"), then the
1215     // entire result expression is just the multiply "A*(B+C)".
1216     if (Ops.empty())
1217       return V2;
1218
1219     // Otherwise, we had some input that didn't have the factor, such as
1220     // "A*B + A*C + D" -> "A*(B+C) + D".  Add the new multiply to the list of
1221     // things being added by this operation.
1222     Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(V2), V2));
1223   }
1224
1225   return 0;
1226 }
1227
1228 namespace {
1229   /// \brief Predicate tests whether a ValueEntry's op is in a map.
1230   struct IsValueInMap {
1231     const DenseMap<Value *, unsigned> &Map;
1232
1233     IsValueInMap(const DenseMap<Value *, unsigned> &Map) : Map(Map) {}
1234
1235     bool operator()(const ValueEntry &Entry) {
1236       return Map.find(Entry.Op) != Map.end();
1237     }
1238   };
1239 }
1240
1241 /// \brief Build up a vector of value/power pairs factoring a product.
1242 ///
1243 /// Given a series of multiplication operands, build a vector of factors and
1244 /// the powers each is raised to when forming the final product. Sort them in
1245 /// the order of descending power.
1246 ///
1247 ///      (x*x)          -> [(x, 2)]
1248 ///     ((x*x)*x)       -> [(x, 3)]
1249 ///   ((((x*y)*x)*y)*x) -> [(x, 3), (y, 2)]
1250 ///
1251 /// \returns Whether any factors have a power greater than one.
1252 bool Reassociate::collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
1253                                          SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1254   // FIXME: Have Ops be (ValueEntry, Multiplicity) pairs, simplifying this.
1255   // Compute the sum of powers of simplifiable factors.
1256   unsigned FactorPowerSum = 0;
1257   for (unsigned Idx = 1, Size = Ops.size(); Idx < Size; ++Idx) {
1258     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1259
1260     // Count the number of occurrences of this value.
1261     unsigned Count = 1;
1262     for (; Idx < Size && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1263       ++Count;
1264     // Track for simplification all factors which occur 2 or more times.
1265     if (Count > 1)
1266       FactorPowerSum += Count;
1267   }
1268
1269   // We can only simplify factors if the sum of the powers of our simplifiable
1270   // factors is 4 or higher. When that is the case, we will *always* have
1271   // a simplification. This is an important invariant to prevent cyclicly
1272   // trying to simplify already minimal formations.
1273   if (FactorPowerSum < 4)
1274     return false;
1275
1276   // Now gather the simplifiable factors, removing them from Ops.
1277   FactorPowerSum = 0;
1278   for (unsigned Idx = 1; Idx < Ops.size(); ++Idx) {
1279     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1280
1281     // Count the number of occurrences of this value.
1282     unsigned Count = 1;
1283     for (; Idx < Ops.size() && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1284       ++Count;
1285     if (Count == 1)
1286       continue;
1287     // Move an even number of occurrences to Factors.
1288     Count &= ~1U;
1289     Idx -= Count;
1290     FactorPowerSum += Count;
1291     Factors.push_back(Factor(Op, Count));
1292     Ops.erase(Ops.begin()+Idx, Ops.begin()+Idx+Count);
1293   }
1294
1295   // None of the adjustments above should have reduced the sum of factor powers
1296   // below our mininum of '4'.
1297   assert(FactorPowerSum >= 4);
1298
1299   std::sort(Factors.begin(), Factors.end(), Factor::PowerDescendingSorter());
1300   return true;
1301 }
1302
1303 /// \brief Build a tree of multiplies, computing the product of Ops.
1304 static Value *buildMultiplyTree(IRBuilder<> &Builder,
1305                                 SmallVectorImpl<Value*> &Ops) {
1306   if (Ops.size() == 1)
1307     return Ops.back();
1308
1309   Value *LHS = Ops.pop_back_val();
1310   do {
1311     LHS = Builder.CreateMul(LHS, Ops.pop_back_val());
1312   } while (!Ops.empty());
1313
1314   return LHS;
1315 }
1316
1317 /// \brief Build a minimal multiplication DAG for (a^x)*(b^y)*(c^z)*...
1318 ///
1319 /// Given a vector of values raised to various powers, where no two values are
1320 /// equal and the powers are sorted in decreasing order, compute the minimal
1321 /// DAG of multiplies to compute the final product, and return that product
1322 /// value.
1323 Value *Reassociate::buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
1324                                             SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1325   assert(Factors[0].Power);
1326   SmallVector<Value *, 4> OuterProduct;
1327   for (unsigned LastIdx = 0, Idx = 1, Size = Factors.size();
1328        Idx < Size && Factors[Idx].Power > 0; ++Idx) {
1329     if (Factors[Idx].Power != Factors[LastIdx].Power) {
1330       LastIdx = Idx;
1331       continue;
1332     }
1333
1334     // We want to multiply across all the factors with the same power so that
1335     // we can raise them to that power as a single entity. Build a mini tree
1336     // for that.
1337     SmallVector<Value *, 4> InnerProduct;
1338     InnerProduct.push_back(Factors[LastIdx].Base);
1339     do {
1340       InnerProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1341       ++Idx;
1342     } while (Idx < Size && Factors[Idx].Power == Factors[LastIdx].Power);
1343
1344     // Reset the base value of the first factor to the new expression tree.
1345     // We'll remove all the factors with the same power in a second pass.
1346     Value *M = Factors[LastIdx].Base = buildMultiplyTree(Builder, InnerProduct);
1347     if (Instruction *MI = dyn_cast<Instruction>(M))
1348       RedoInsts.insert(MI);
1349
1350     LastIdx = Idx;
1351   }
1352   // Unique factors with equal powers -- we've folded them into the first one's
1353   // base.
1354   Factors.erase(std::unique(Factors.begin(), Factors.end(),
1355                             Factor::PowerEqual()),
1356                 Factors.end());
1357
1358   // Iteratively collect the base of each factor with an add power into the
1359   // outer product, and halve each power in preparation for squaring the
1360   // expression.
1361   for (unsigned Idx = 0, Size = Factors.size(); Idx != Size; ++Idx) {
1362     if (Factors[Idx].Power & 1)
1363       OuterProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1364     Factors[Idx].Power >>= 1;
1365   }
1366   if (Factors[0].Power) {
1367     Value *SquareRoot = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1368     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1369     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1370   }
1371   if (OuterProduct.size() == 1)
1372     return OuterProduct.front();
1373
1374   Value *V = buildMultiplyTree(Builder, OuterProduct);
1375   return V;
1376 }
1377
1378 Value *Reassociate::OptimizeMul(BinaryOperator *I,
1379                                 SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1380   // We can only optimize the multiplies when there is a chain of more than
1381   // three, such that a balanced tree might require fewer total multiplies.
1382   if (Ops.size() < 4)
1383     return 0;
1384
1385   // Try to turn linear trees of multiplies without other uses of the
1386   // intermediate stages into minimal multiply DAGs with perfect sub-expression
1387   // re-use.
1388   SmallVector<Factor, 4> Factors;
1389   if (!collectMultiplyFactors(Ops, Factors))
1390     return 0; // All distinct factors, so nothing left for us to do.
1391
1392   IRBuilder<> Builder(I);
1393   Value *V = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1394   if (Ops.empty())
1395     return V;
1396
1397   ValueEntry NewEntry = ValueEntry(getRank(V), V);
1398   Ops.insert(std::lower_bound(Ops.begin(), Ops.end(), NewEntry), NewEntry);
1399   return 0;
1400 }
1401
1402 Value *Reassociate::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
1403                                        SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1404   // Now that we have the linearized expression tree, try to optimize it.
1405   // Start by folding any constants that we found.
1406   Constant *Cst = 0;
1407   unsigned Opcode = I->getOpcode();
1408   while (!Ops.empty() && isa<Constant>(Ops.back().Op)) {
1409     Constant *C = cast<Constant>(Ops.pop_back_val().Op);
1410     Cst = Cst ? ConstantExpr::get(Opcode, C, Cst) : C;
1411   }
1412   // If there was nothing but constants then we are done.
1413   if (Ops.empty())
1414     return Cst;
1415
1416   // Put the combined constant back at the end of the operand list, except if
1417   // there is no point.  For example, an add of 0 gets dropped here, while a
1418   // multiplication by zero turns the whole expression into zero.
1419   if (Cst && Cst != ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType())) {
1420     if (Cst == ConstantExpr::getBinOpAbsorber(Opcode, I->getType()))
1421       return Cst;
1422     Ops.push_back(ValueEntry(0, Cst));
1423   }
1424
1425   if (Ops.size() == 1) return Ops[0].Op;
1426
1427   // Handle destructive annihilation due to identities between elements in the
1428   // argument list here.
1429   unsigned NumOps = Ops.size();
1430   switch (Opcode) {
1431   default: break;
1432   case Instruction::And:
1433   case Instruction::Or:
1434   case Instruction::Xor:
1435     if (Value *Result = OptimizeAndOrXor(Opcode, Ops))
1436       return Result;
1437     break;
1438
1439   case Instruction::Add:
1440     if (Value *Result = OptimizeAdd(I, Ops))
1441       return Result;
1442     break;
1443
1444   case Instruction::Mul:
1445     if (Value *Result = OptimizeMul(I, Ops))
1446       return Result;
1447     break;
1448   }
1449
1450   if (Ops.size() != NumOps)
1451     return OptimizeExpression(I, Ops);
1452   return 0;
1453 }
1454
1455 /// EraseInst - Zap the given instruction, adding interesting operands to the
1456 /// work list.
1457 void Reassociate::EraseInst(Instruction *I) {
1458   assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
1459   SmallVector<Value*, 8> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
1460   // Erase the dead instruction.
1461   ValueRankMap.erase(I);
1462   RedoInsts.remove(I);
1463   I->eraseFromParent();
1464   // Optimize its operands.
1465   SmallPtrSet<Instruction *, 8> Visited; // Detect self-referential nodes.
1466   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1467     if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(Ops[i])) {
1468       // If this is a node in an expression tree, climb to the expression root
1469       // and add that since that's where optimization actually happens.
1470       unsigned Opcode = Op->getOpcode();
1471       while (Op->hasOneUse() && Op->use_back()->getOpcode() == Opcode &&
1472              Visited.insert(Op))
1473         Op = Op->use_back();
1474       RedoInsts.insert(Op);
1475     }
1476 }
1477
1478 /// OptimizeInst - Inspect and optimize the given instruction. Note that erasing
1479 /// instructions is not allowed.
1480 void Reassociate::OptimizeInst(Instruction *I) {
1481   // Only consider operations that we understand.
1482   if (!isa<BinaryOperator>(I))
1483     return;
1484
1485   if (I->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1486       isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
1487     // If an operand of this shift is a reassociable multiply, or if the shift
1488     // is used by a reassociable multiply or add, turn into a multiply.
1489     if (isReassociableOp(I->getOperand(0), Instruction::Mul) ||
1490         (I->hasOneUse() &&
1491          (isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Mul) ||
1492           isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Add)))) {
1493       Instruction *NI = ConvertShiftToMul(I);
1494       RedoInsts.insert(I);
1495       MadeChange = true;
1496       I = NI;
1497     }
1498
1499   // Floating point binary operators are not associative, but we can still
1500   // commute (some) of them, to canonicalize the order of their operands.
1501   // This can potentially expose more CSE opportunities, and makes writing
1502   // other transformations simpler.
1503   if ((I->getType()->isFloatingPointTy() || I->getType()->isVectorTy())) {
1504     // FAdd and FMul can be commuted.
1505     if (I->getOpcode() != Instruction::FMul &&
1506         I->getOpcode() != Instruction::FAdd)
1507       return;
1508
1509     Value *LHS = I->getOperand(0);
1510     Value *RHS = I->getOperand(1);
1511     unsigned LHSRank = getRank(LHS);
1512     unsigned RHSRank = getRank(RHS);
1513
1514     // Sort the operands by rank.
1515     if (RHSRank < LHSRank) {
1516       I->setOperand(0, RHS);
1517       I->setOperand(1, LHS);
1518     }
1519
1520     return;
1521   }
1522
1523   // Do not reassociate boolean (i1) expressions.  We want to preserve the
1524   // original order of evaluation for short-circuited comparisons that
1525   // SimplifyCFG has folded to AND/OR expressions.  If the expression
1526   // is not further optimized, it is likely to be transformed back to a
1527   // short-circuited form for code gen, and the source order may have been
1528   // optimized for the most likely conditions.
1529   if (I->getType()->isIntegerTy(1))
1530     return;
1531
1532   // If this is a subtract instruction which is not already in negate form,
1533   // see if we can convert it to X+-Y.
1534   if (I->getOpcode() == Instruction::Sub) {
1535     if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
1536       Instruction *NI = BreakUpSubtract(I);
1537       RedoInsts.insert(I);
1538       MadeChange = true;
1539       I = NI;
1540     } else if (BinaryOperator::isNeg(I)) {
1541       // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
1542       // and if this is not an inner node of a multiply tree.
1543       if (isReassociableOp(I->getOperand(1), Instruction::Mul) &&
1544           (!I->hasOneUse() ||
1545            !isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Mul))) {
1546         Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
1547         RedoInsts.insert(I);
1548         MadeChange = true;
1549         I = NI;
1550       }
1551     }
1552   }
1553
1554   // If this instruction is an associative binary operator, process it.
1555   if (!I->isAssociative()) return;
1556   BinaryOperator *BO = cast<BinaryOperator>(I);
1557
1558   // If this is an interior node of a reassociable tree, ignore it until we
1559   // get to the root of the tree, to avoid N^2 analysis.
1560   unsigned Opcode = BO->getOpcode();
1561   if (BO->hasOneUse() && BO->use_back()->getOpcode() == Opcode)
1562     return;
1563
1564   // If this is an add tree that is used by a sub instruction, ignore it
1565   // until we process the subtract.
1566   if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::Add &&
1567       cast<Instruction>(BO->use_back())->getOpcode() == Instruction::Sub)
1568     return;
1569
1570   ReassociateExpression(BO);
1571 }
1572
1573 void Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
1574
1575   // First, walk the expression tree, linearizing the tree, collecting the
1576   // operand information.
1577   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
1578   MadeChange |= LinearizeExprTree(I, Tree);
1579   SmallVector<ValueEntry, 8> Ops;
1580   Ops.reserve(Tree.size());
1581   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
1582     RepeatedValue E = Tree[i];
1583     Ops.append(E.second.getZExtValue(),
1584                ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
1585   }
1586
1587   DEBUG(dbgs() << "RAIn:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
1588
1589   // Now that we have linearized the tree to a list and have gathered all of
1590   // the operands and their ranks, sort the operands by their rank.  Use a
1591   // stable_sort so that values with equal ranks will have their relative
1592   // positions maintained (and so the compiler is deterministic).  Note that
1593   // this sorts so that the highest ranking values end up at the beginning of
1594   // the vector.
1595   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end());
1596
1597   // OptimizeExpression - Now that we have the expression tree in a convenient
1598   // sorted form, optimize it globally if possible.
1599   if (Value *V = OptimizeExpression(I, Ops)) {
1600     if (V == I)
1601       // Self-referential expression in unreachable code.
1602       return;
1603     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
1604     // eliminate it.
1605     DEBUG(dbgs() << "Reassoc to scalar: " << *V << '\n');
1606     I->replaceAllUsesWith(V);
1607     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
1608       VI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
1609     RedoInsts.insert(I);
1610     ++NumAnnihil;
1611     return;
1612   }
1613
1614   // We want to sink immediates as deeply as possible except in the case where
1615   // this is a multiply tree used only by an add, and the immediate is a -1.
1616   // In this case we reassociate to put the negation on the outside so that we
1617   // can fold the negation into the add: (-X)*Y + Z -> Z-X*Y
1618   if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && I->hasOneUse() &&
1619       cast<Instruction>(I->use_back())->getOpcode() == Instruction::Add &&
1620       isa<ConstantInt>(Ops.back().Op) &&
1621       cast<ConstantInt>(Ops.back().Op)->isAllOnesValue()) {
1622     ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
1623     Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
1624   }
1625
1626   DEBUG(dbgs() << "RAOut:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
1627
1628   if (Ops.size() == 1) {
1629     if (Ops[0].Op == I)
1630       // Self-referential expression in unreachable code.
1631       return;
1632
1633     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
1634     // eliminate it.
1635     I->replaceAllUsesWith(Ops[0].Op);
1636     if (Instruction *OI = dyn_cast<Instruction>(Ops[0].Op))
1637       OI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
1638     RedoInsts.insert(I);
1639     return;
1640   }
1641
1642   // Now that we ordered and optimized the expressions, splat them back into
1643   // the expression tree, removing any unneeded nodes.
1644   RewriteExprTree(I, Ops);
1645 }
1646
1647 bool Reassociate::runOnFunction(Function &F) {
1648   // Calculate the rank map for F
1649   BuildRankMap(F);
1650
1651   MadeChange = false;
1652   for (Function::iterator BI = F.begin(), BE = F.end(); BI != BE; ++BI) {
1653     // Optimize every instruction in the basic block.
1654     for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(), IE = BI->end(); II != IE; )
1655       if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
1656         EraseInst(II++);
1657       } else {
1658         OptimizeInst(II);
1659         assert(II->getParent() == BI && "Moved to a different block!");
1660         ++II;
1661       }
1662
1663     // If this produced extra instructions to optimize, handle them now.
1664     while (!RedoInsts.empty()) {
1665       Instruction *I = RedoInsts.pop_back_val();
1666       if (isInstructionTriviallyDead(I))
1667         EraseInst(I);
1668       else
1669         OptimizeInst(I);
1670     }
1671   }
1672
1673   // We are done with the rank map.
1674   RankMap.clear();
1675   ValueRankMap.clear();
1676
1677   return MadeChange;
1678 }