Use std::map rather than SmallMap because SmallMap assumes that the value has
[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/Transforms/Utils/Local.h"
26 #include "llvm/Constants.h"
27 #include "llvm/DerivedTypes.h"
28 #include "llvm/Function.h"
29 #include "llvm/Instructions.h"
30 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
31 #include "llvm/Pass.h"
32 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
33 #include "llvm/Support/CFG.h"
34 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
35 #include "llvm/Support/Debug.h"
36 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
37 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
38 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
39 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
40 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
41 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
42 #include "llvm/ADT/Statistic.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     Value *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 /// EvaluateRepeatedConstant - Compute C op C op ... op C where the constant C
343 /// is repeated Weight times.
344 static Constant *EvaluateRepeatedConstant(unsigned Opcode, Constant *C,
345                                           APInt Weight) {
346   // For addition the result can be efficiently computed as the product of the
347   // constant and the weight.
348   if (Opcode == Instruction::Add)
349     return ConstantExpr::getMul(C, ConstantInt::get(C->getContext(), Weight));
350
351   // The weight might be huge, so compute by repeated squaring to ensure that
352   // compile time is proportional to the logarithm of the weight.
353   Constant *Result = 0;
354   Constant *Power = C; // Successively C, C op C, (C op C) op (C op C) etc.
355   // Visit the bits in Weight.
356   while (Weight != 0) {
357     // If the current bit in Weight is non-zero do Result = Result op Power.
358     if (Weight[0])
359       Result = Result ? ConstantExpr::get(Opcode, Result, Power) : Power;
360     // Move on to the next bit if any more are non-zero.
361     Weight = Weight.lshr(1);
362     if (Weight.isMinValue())
363       break;
364     // Square the power.
365     Power = ConstantExpr::get(Opcode, Power, Power);
366   }
367
368   assert(Result && "Only positive weights supported!");
369   return Result;
370 }
371
372 typedef std::pair<Value*, APInt> RepeatedValue;
373
374 /// LinearizeExprTree - Given an associative binary expression, return the leaf
375 /// nodes in Ops along with their weights (how many times the leaf occurs).  The
376 /// original expression is the same as
377 ///   (Ops[0].first op Ops[0].first op ... Ops[0].first)  <- Ops[0].second times
378 /// op 
379 ///   (Ops[1].first op Ops[1].first op ... Ops[1].first)  <- Ops[1].second times
380 /// op
381 ///   ...
382 /// op
383 ///   (Ops[N].first op Ops[N].first op ... Ops[N].first)  <- Ops[N].second times
384 ///
385 /// Note that the values Ops[0].first, ..., Ops[N].first are all distinct, and
386 /// they are all non-constant except possibly for the last one, which if it is
387 /// constant will have weight one (Ops[N].second === 1).
388 ///
389 /// This routine may modify the function, in which case it returns 'true'.  The
390 /// changes it makes may well be destructive, changing the value computed by 'I'
391 /// to something completely different.  Thus if the routine returns 'true' then
392 /// you MUST either replace I with a new expression computed from the Ops array,
393 /// or use RewriteExprTree to put the values back in.
394 ///
395 /// A leaf node is either not a binary operation of the same kind as the root
396 /// node 'I' (i.e. is not a binary operator at all, or is, but with a different
397 /// opcode), or is the same kind of binary operator but has a use which either
398 /// does not belong to the expression, or does belong to the expression but is
399 /// a leaf node.  Every leaf node has at least one use that is a non-leaf node
400 /// of the expression, while for non-leaf nodes (except for the root 'I') every
401 /// use is a non-leaf node of the expression.
402 ///
403 /// For example:
404 ///           expression graph        node names
405 ///
406 ///                     +        |        I
407 ///                    / \       |
408 ///                   +   +      |      A,  B
409 ///                  / \ / \     |
410 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
411 ///                / \ / \ / \   |
412 ///                   +   *      |      F,  G
413 ///
414 /// The leaf nodes are C, E, F and G.  The Ops array will contain (maybe not in
415 /// that order) (C, 1), (E, 1), (F, 2), (G, 2).
416 ///
417 /// The expression is maximal: if some instruction is a binary operator of the
418 /// same kind as 'I', and all of its uses are non-leaf nodes of the expression,
419 /// then the instruction also belongs to the expression, is not a leaf node of
420 /// it, and its operands also belong to the expression (but may be leaf nodes).
421 ///
422 /// NOTE: This routine will set operands of non-leaf non-root nodes to undef in
423 /// order to ensure that every non-root node in the expression has *exactly one*
424 /// use by a non-leaf node of the expression.  This destruction means that the
425 /// caller MUST either replace 'I' with a new expression or use something like
426 /// RewriteExprTree to put the values back in if the routine indicates that it
427 /// made a change by returning 'true'.
428 ///
429 /// In the above example either the right operand of A or the left operand of B
430 /// will be replaced by undef.  If it is B's operand then this gives:
431 ///
432 ///                     +        |        I
433 ///                    / \       |
434 ///                   +   +      |      A,  B - operand of B replaced with undef
435 ///                  / \   \     |
436 ///                 *   +   *    |    C,  D,  E
437 ///                / \ / \ / \   |
438 ///                   +   *      |      F,  G
439 ///
440 /// Note that such undef operands can only be reached by passing through 'I'.
441 /// For example, if you visit operands recursively starting from a leaf node
442 /// then you will never see such an undef operand unless you get back to 'I',
443 /// which requires passing through a phi node.
444 ///
445 /// Note that this routine may also mutate binary operators of the wrong type
446 /// that have all uses inside the expression (i.e. only used by non-leaf nodes
447 /// of the expression) if it can turn them into binary operators of the right
448 /// type and thus make the expression bigger.
449
450 static bool LinearizeExprTree(BinaryOperator *I,
451                               SmallVectorImpl<RepeatedValue> &Ops) {
452   DEBUG(dbgs() << "LINEARIZE: " << *I << '\n');
453   unsigned Bitwidth = I->getType()->getScalarType()->getPrimitiveSizeInBits();
454   unsigned Opcode = I->getOpcode();
455   assert(Instruction::isAssociative(Opcode) &&
456          Instruction::isCommutative(Opcode) &&
457          "Expected an associative and commutative operation!");
458
459   // Visit all operands of the expression, keeping track of their weight (the
460   // number of paths from the expression root to the operand, or if you like
461   // the number of times that operand occurs in the linearized expression).
462   // For example, if I = X + A, where X = A + B, then I, X and B have weight 1
463   // while A has weight two.
464
465   // Worklist of non-leaf nodes (their operands are in the expression too) along
466   // with their weights, representing a certain number of paths to the operator.
467   // If an operator occurs in the worklist multiple times then we found multiple
468   // ways to get to it.
469   SmallVector<std::pair<BinaryOperator*, APInt>, 8> Worklist; // (Op, Weight)
470   Worklist.push_back(std::make_pair(I, APInt(Bitwidth, 1)));
471   bool MadeChange = false;
472
473   // Leaves of the expression are values that either aren't the right kind of
474   // operation (eg: a constant, or a multiply in an add tree), or are, but have
475   // some uses that are not inside the expression.  For example, in I = X + X,
476   // X = A + B, the value X has two uses (by I) that are in the expression.  If
477   // X has any other uses, for example in a return instruction, then we consider
478   // X to be a leaf, and won't analyze it further.  When we first visit a value,
479   // if it has more than one use then at first we conservatively consider it to
480   // be a leaf.  Later, as the expression is explored, we may discover some more
481   // uses of the value from inside the expression.  If all uses turn out to be
482   // from within the expression (and the value is a binary operator of the right
483   // kind) then the value is no longer considered to be a leaf, and its operands
484   // are explored.
485
486   // Leaves - Keeps track of the set of putative leaves as well as the number of
487   // paths to each leaf seen so far.
488   typedef std::map<Value*, APInt> LeafMap;
489   LeafMap Leaves; // Leaf -> Total weight so far.
490   SmallVector<Value*, 8> LeafOrder; // Ensure deterministic leaf output order.
491
492 #ifndef NDEBUG
493   SmallPtrSet<Value*, 8> Visited; // For sanity checking the iteration scheme.
494 #endif
495   while (!Worklist.empty()) {
496     std::pair<BinaryOperator*, APInt> P = Worklist.pop_back_val();
497     I = P.first; // We examine the operands of this binary operator.
498
499     for (unsigned OpIdx = 0; OpIdx < 2; ++OpIdx) { // Visit operands.
500       Value *Op = I->getOperand(OpIdx);
501       APInt Weight = P.second; // Number of paths to this operand.
502       DEBUG(dbgs() << "OPERAND: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
503       assert(!Op->use_empty() && "No uses, so how did we get to it?!");
504
505       // If this is a binary operation of the right kind with only one use then
506       // add its operands to the expression.
507       if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
508         assert(Visited.insert(Op) && "Not first visit!");
509         DEBUG(dbgs() << "DIRECT ADD: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
510         Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
511         continue;
512       }
513
514       // Appears to be a leaf.  Is the operand already in the set of leaves?
515       LeafMap::iterator It = Leaves.find(Op);
516       if (It == Leaves.end()) {
517         // Not in the leaf map.  Must be the first time we saw this operand.
518         assert(Visited.insert(Op) && "Not first visit!");
519         if (!Op->hasOneUse()) {
520           // This value has uses not accounted for by the expression, so it is
521           // not safe to modify.  Mark it as being a leaf.
522           DEBUG(dbgs() << "ADD USES LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
523           LeafOrder.push_back(Op);
524           Leaves[Op] = Weight;
525           continue;
526         }
527         // No uses outside the expression, try morphing it.
528       } else if (It != Leaves.end()) {
529         // Already in the leaf map.
530         assert(Visited.count(Op) && "In leaf map but not visited!");
531
532         // Update the number of paths to the leaf.
533         IncorporateWeight(It->second, Weight, Opcode);
534
535         // The leaf already has one use from inside the expression.  As we want
536         // exactly one such use, drop this new use of the leaf.
537         assert(!Op->hasOneUse() && "Only one use, but we got here twice!");
538         I->setOperand(OpIdx, UndefValue::get(I->getType()));
539         MadeChange = true;
540
541         // If the leaf is a binary operation of the right kind and we now see
542         // that its multiple original uses were in fact all by nodes belonging
543         // to the expression, then no longer consider it to be a leaf and add
544         // its operands to the expression.
545         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op, Opcode)) {
546           DEBUG(dbgs() << "UNLEAF: " << *Op << " (" << It->second << ")\n");
547           Worklist.push_back(std::make_pair(BO, It->second));
548           Leaves.erase(It);
549           continue;
550         }
551
552         // If we still have uses that are not accounted for by the expression
553         // then it is not safe to modify the value.
554         if (!Op->hasOneUse())
555           continue;
556
557         // No uses outside the expression, try morphing it.
558         Weight = It->second;
559         Leaves.erase(It); // Since the value may be morphed below.
560       }
561
562       // At this point we have a value which, first of all, is not a binary
563       // expression of the right kind, and secondly, is only used inside the
564       // expression.  This means that it can safely be modified.  See if we
565       // can usefully morph it into an expression of the right kind.
566       assert((!isa<Instruction>(Op) ||
567               cast<Instruction>(Op)->getOpcode() != Opcode) &&
568              "Should have been handled above!");
569       assert(Op->hasOneUse() && "Has uses outside the expression tree!");
570
571       // If this is a multiply expression, turn any internal negations into
572       // multiplies by -1 so they can be reassociated.
573       BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Op);
574       if (Opcode == Instruction::Mul && BO && BinaryOperator::isNeg(BO)) {
575         DEBUG(dbgs() << "MORPH LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ") TO ");
576         BO = LowerNegateToMultiply(BO);
577         DEBUG(dbgs() << *BO << 'n');
578         Worklist.push_back(std::make_pair(BO, Weight));
579         MadeChange = true;
580         continue;
581       }
582
583       // Failed to morph into an expression of the right type.  This really is
584       // a leaf.
585       DEBUG(dbgs() << "ADD LEAF: " << *Op << " (" << Weight << ")\n");
586       assert(!isReassociableOp(Op, Opcode) && "Value was morphed?");
587       LeafOrder.push_back(Op);
588       Leaves[Op] = Weight;
589     }
590   }
591
592   // The leaves, repeated according to their weights, represent the linearized
593   // form of the expression.
594   Constant *Cst = 0; // Accumulate constants here.
595   for (unsigned i = 0, e = LeafOrder.size(); i != e; ++i) {
596     Value *V = LeafOrder[i];
597     LeafMap::iterator It = Leaves.find(V);
598     if (It == Leaves.end())
599       // Node initially thought to be a leaf wasn't.
600       continue;
601     assert(!isReassociableOp(V, Opcode) && "Shouldn't be a leaf!");
602     APInt Weight = It->second;
603     if (Weight.isMinValue())
604       // Leaf already output or weight reduction eliminated it.
605       continue;
606     // Ensure the leaf is only output once.
607     It->second = 0;
608     // Glob all constants together into Cst.
609     if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
610       C = EvaluateRepeatedConstant(Opcode, C, Weight);
611       Cst = Cst ? ConstantExpr::get(Opcode, Cst, C) : C;
612       continue;
613     }
614     // Add non-constant
615     Ops.push_back(std::make_pair(V, Weight));
616   }
617
618   // Add any constants back into Ops, all globbed together and reduced to having
619   // weight 1 for the convenience of users.
620   if (Cst && Cst != ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType()))
621     Ops.push_back(std::make_pair(Cst, APInt(Bitwidth, 1)));
622
623   // For nilpotent operations or addition there may be no operands, for example
624   // because the expression was "X xor X" or consisted of 2^Bitwidth additions:
625   // in both cases the weight reduces to 0 causing the value to be skipped.
626   if (Ops.empty()) {
627     Constant *Identity = ConstantExpr::getBinOpIdentity(Opcode, I->getType());
628     Ops.push_back(std::make_pair(Identity, APInt(Bitwidth, 1)));
629   }
630
631   return MadeChange;
632 }
633
634 // RewriteExprTree - Now that the operands for this expression tree are
635 // linearized and optimized, emit them in-order.
636 void Reassociate::RewriteExprTree(BinaryOperator *I,
637                                   SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
638   assert(Ops.size() > 1 && "Single values should be used directly!");
639
640   // Since our optimizations never increase the number of operations, the new
641   // expression can always be written by reusing the existing binary operators
642   // from the original expression tree, without creating any new instructions,
643   // though the rewritten expression may have a completely different topology.
644   // We take care to not change anything if the new expression will be the same
645   // as the original.  If more than trivial changes (like commuting operands)
646   // were made then we are obliged to clear out any optional subclass data like
647   // nsw flags.
648
649   /// NodesToRewrite - Nodes from the original expression available for writing
650   /// the new expression into.
651   SmallVector<BinaryOperator*, 8> NodesToRewrite;
652   unsigned Opcode = I->getOpcode();
653   NodesToRewrite.push_back(I);
654
655   // ExpressionChanged - Non-null if the rewritten expression differs from the
656   // original in some non-trivial way, requiring the clearing of optional flags.
657   // Flags are cleared from the operator in ExpressionChanged up to I inclusive.
658   BinaryOperator *ExpressionChanged = 0;
659   BinaryOperator *Previous;
660   BinaryOperator *Op = 0;
661   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
662     assert(!NodesToRewrite.empty() &&
663            "Optimized expressions has more nodes than original!");
664     Previous = Op; Op = NodesToRewrite.pop_back_val();
665     if (ExpressionChanged)
666       // Compactify the tree instructions together with each other to guarantee
667       // that the expression tree is dominated by all of Ops.
668       Op->moveBefore(Previous);
669
670     // The last operation (which comes earliest in the IR) is special as both
671     // operands will come from Ops, rather than just one with the other being
672     // a subexpression.
673     if (i+2 == Ops.size()) {
674       Value *NewLHS = Ops[i].Op;
675       Value *NewRHS = Ops[i+1].Op;
676       Value *OldLHS = Op->getOperand(0);
677       Value *OldRHS = Op->getOperand(1);
678
679       if (NewLHS == OldLHS && NewRHS == OldRHS)
680         // Nothing changed, leave it alone.
681         break;
682
683       if (NewLHS == OldRHS && NewRHS == OldLHS) {
684         // The order of the operands was reversed.  Swap them.
685         DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
686         Op->swapOperands();
687         DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
688         MadeChange = true;
689         ++NumChanged;
690         break;
691       }
692
693       // The new operation differs non-trivially from the original. Overwrite
694       // the old operands with the new ones.
695       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
696       if (NewLHS != OldLHS) {
697         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldLHS, Opcode))
698           NodesToRewrite.push_back(BO);
699         Op->setOperand(0, NewLHS);
700       }
701       if (NewRHS != OldRHS) {
702         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(OldRHS, Opcode))
703           NodesToRewrite.push_back(BO);
704         Op->setOperand(1, NewRHS);
705       }
706       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
707
708       ExpressionChanged = Op;
709       MadeChange = true;
710       ++NumChanged;
711
712       break;
713     }
714
715     // Not the last operation.  The left-hand side will be a sub-expression
716     // while the right-hand side will be the current element of Ops.
717     Value *NewRHS = Ops[i].Op;
718     if (NewRHS != Op->getOperand(1)) {
719       DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
720       if (NewRHS == Op->getOperand(0)) {
721         // The new right-hand side was already present as the left operand.  If
722         // we are lucky then swapping the operands will sort out both of them.
723         Op->swapOperands();
724       } else {
725         // Overwrite with the new right-hand side.
726         if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(1), Opcode))
727           NodesToRewrite.push_back(BO);
728         Op->setOperand(1, NewRHS);
729         ExpressionChanged = Op;
730       }
731       DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
732       MadeChange = true;
733       ++NumChanged;
734     }
735
736     // Now deal with the left-hand side.  If this is already an operation node
737     // from the original expression then just rewrite the rest of the expression
738     // into it.
739     if (BinaryOperator *BO = isReassociableOp(Op->getOperand(0), Opcode)) {
740       NodesToRewrite.push_back(BO);
741       continue;
742     }
743
744     // Otherwise, grab a spare node from the original expression and use that as
745     // the left-hand side.
746     assert(!NodesToRewrite.empty() &&
747            "Optimized expressions has more nodes than original!");
748     DEBUG(dbgs() << "RA: " << *Op << '\n');
749     Op->setOperand(0, NodesToRewrite.back());
750     DEBUG(dbgs() << "TO: " << *Op << '\n');
751     ExpressionChanged = Op;
752     MadeChange = true;
753     ++NumChanged;
754   }
755
756   // If the expression changed non-trivially then clear out all subclass data
757   // starting from the operator specified in ExpressionChanged.
758   if (ExpressionChanged) {
759     do {
760       ExpressionChanged->clearSubclassOptionalData();
761       if (ExpressionChanged == I)
762         break;
763       ExpressionChanged = cast<BinaryOperator>(*ExpressionChanged->use_begin());
764     } while (1);
765   }
766
767   // Throw away any left over nodes from the original expression.
768   for (unsigned i = 0, e = NodesToRewrite.size(); i != e; ++i)
769     RedoInsts.insert(NodesToRewrite[i]);
770 }
771
772 /// NegateValue - Insert instructions before the instruction pointed to by BI,
773 /// that computes the negative version of the value specified.  The negative
774 /// version of the value is returned, and BI is left pointing at the instruction
775 /// that should be processed next by the reassociation pass.
776 static Value *NegateValue(Value *V, Instruction *BI) {
777   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
778     return ConstantExpr::getNeg(C);
779
780   // We are trying to expose opportunity for reassociation.  One of the things
781   // that we want to do to achieve this is to push a negation as deep into an
782   // expression chain as possible, to expose the add instructions.  In practice,
783   // this means that we turn this:
784   //   X = -(A+12+C+D)   into    X = -A + -12 + -C + -D = -12 + -A + -C + -D
785   // so that later, a: Y = 12+X could get reassociated with the -12 to eliminate
786   // the constants.  We assume that instcombine will clean up the mess later if
787   // we introduce tons of unnecessary negation instructions.
788   //
789   if (BinaryOperator *I = isReassociableOp(V, Instruction::Add)) {
790     // Push the negates through the add.
791     I->setOperand(0, NegateValue(I->getOperand(0), BI));
792     I->setOperand(1, NegateValue(I->getOperand(1), BI));
793
794     // We must move the add instruction here, because the neg instructions do
795     // not dominate the old add instruction in general.  By moving it, we are
796     // assured that the neg instructions we just inserted dominate the
797     // instruction we are about to insert after them.
798     //
799     I->moveBefore(BI);
800     I->setName(I->getName()+".neg");
801     return I;
802   }
803
804   // Okay, we need to materialize a negated version of V with an instruction.
805   // Scan the use lists of V to see if we have one already.
806   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E;++UI){
807     User *U = *UI;
808     if (!BinaryOperator::isNeg(U)) continue;
809
810     // We found one!  Now we have to make sure that the definition dominates
811     // this use.  We do this by moving it to the entry block (if it is a
812     // non-instruction value) or right after the definition.  These negates will
813     // be zapped by reassociate later, so we don't need much finesse here.
814     BinaryOperator *TheNeg = cast<BinaryOperator>(U);
815
816     // Verify that the negate is in this function, V might be a constant expr.
817     if (TheNeg->getParent()->getParent() != BI->getParent()->getParent())
818       continue;
819
820     BasicBlock::iterator InsertPt;
821     if (Instruction *InstInput = dyn_cast<Instruction>(V)) {
822       if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(InstInput)) {
823         InsertPt = II->getNormalDest()->begin();
824       } else {
825         InsertPt = InstInput;
826         ++InsertPt;
827       }
828       while (isa<PHINode>(InsertPt)) ++InsertPt;
829     } else {
830       InsertPt = TheNeg->getParent()->getParent()->getEntryBlock().begin();
831     }
832     TheNeg->moveBefore(InsertPt);
833     return TheNeg;
834   }
835
836   // Insert a 'neg' instruction that subtracts the value from zero to get the
837   // negation.
838   return BinaryOperator::CreateNeg(V, V->getName() + ".neg", BI);
839 }
840
841 /// ShouldBreakUpSubtract - Return true if we should break up this subtract of
842 /// X-Y into (X + -Y).
843 static bool ShouldBreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
844   // If this is a negation, we can't split it up!
845   if (BinaryOperator::isNeg(Sub))
846     return false;
847
848   // Don't bother to break this up unless either the LHS is an associable add or
849   // subtract or if this is only used by one.
850   if (isReassociableOp(Sub->getOperand(0), Instruction::Add) ||
851       isReassociableOp(Sub->getOperand(0), Instruction::Sub))
852     return true;
853   if (isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Add) ||
854       isReassociableOp(Sub->getOperand(1), Instruction::Sub))
855     return true;
856   if (Sub->hasOneUse() &&
857       (isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Add) ||
858        isReassociableOp(Sub->use_back(), Instruction::Sub)))
859     return true;
860
861   return false;
862 }
863
864 /// BreakUpSubtract - If we have (X-Y), and if either X is an add, or if this is
865 /// only used by an add, transform this into (X+(0-Y)) to promote better
866 /// reassociation.
867 static BinaryOperator *BreakUpSubtract(Instruction *Sub) {
868   // Convert a subtract into an add and a neg instruction. This allows sub
869   // instructions to be commuted with other add instructions.
870   //
871   // Calculate the negative value of Operand 1 of the sub instruction,
872   // and set it as the RHS of the add instruction we just made.
873   //
874   Value *NegVal = NegateValue(Sub->getOperand(1), Sub);
875   BinaryOperator *New =
876     BinaryOperator::CreateAdd(Sub->getOperand(0), NegVal, "", Sub);
877   Sub->setOperand(0, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
878   Sub->setOperand(1, Constant::getNullValue(Sub->getType())); // Drop use of op.
879   New->takeName(Sub);
880
881   // Everyone now refers to the add instruction.
882   Sub->replaceAllUsesWith(New);
883   New->setDebugLoc(Sub->getDebugLoc());
884
885   DEBUG(dbgs() << "Negated: " << *New << '\n');
886   return New;
887 }
888
889 /// ConvertShiftToMul - If this is a shift of a reassociable multiply or is used
890 /// by one, change this into a multiply by a constant to assist with further
891 /// reassociation.
892 static BinaryOperator *ConvertShiftToMul(Instruction *Shl) {
893   Constant *MulCst = ConstantInt::get(Shl->getType(), 1);
894   MulCst = ConstantExpr::getShl(MulCst, cast<Constant>(Shl->getOperand(1)));
895
896   BinaryOperator *Mul =
897     BinaryOperator::CreateMul(Shl->getOperand(0), MulCst, "", Shl);
898   Shl->setOperand(0, UndefValue::get(Shl->getType())); // Drop use of op.
899   Mul->takeName(Shl);
900   Shl->replaceAllUsesWith(Mul);
901   Mul->setDebugLoc(Shl->getDebugLoc());
902   return Mul;
903 }
904
905 /// FindInOperandList - Scan backwards and forwards among values with the same
906 /// rank as element i to see if X exists.  If X does not exist, return i.  This
907 /// is useful when scanning for 'x' when we see '-x' because they both get the
908 /// same rank.
909 static unsigned FindInOperandList(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops, unsigned i,
910                                   Value *X) {
911   unsigned XRank = Ops[i].Rank;
912   unsigned e = Ops.size();
913   for (unsigned j = i+1; j != e && Ops[j].Rank == XRank; ++j)
914     if (Ops[j].Op == X)
915       return j;
916   // Scan backwards.
917   for (unsigned j = i-1; j != ~0U && Ops[j].Rank == XRank; --j)
918     if (Ops[j].Op == X)
919       return j;
920   return i;
921 }
922
923 /// EmitAddTreeOfValues - Emit a tree of add instructions, summing Ops together
924 /// and returning the result.  Insert the tree before I.
925 static Value *EmitAddTreeOfValues(Instruction *I,
926                                   SmallVectorImpl<WeakVH> &Ops){
927   if (Ops.size() == 1) return Ops.back();
928
929   Value *V1 = Ops.back();
930   Ops.pop_back();
931   Value *V2 = EmitAddTreeOfValues(I, Ops);
932   return BinaryOperator::CreateAdd(V2, V1, "tmp", I);
933 }
934
935 /// RemoveFactorFromExpression - If V is an expression tree that is a
936 /// multiplication sequence, and if this sequence contains a multiply by Factor,
937 /// remove Factor from the tree and return the new tree.
938 Value *Reassociate::RemoveFactorFromExpression(Value *V, Value *Factor) {
939   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul);
940   if (!BO) return 0;
941
942   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
943   MadeChange |= LinearizeExprTree(BO, Tree);
944   SmallVector<ValueEntry, 8> Factors;
945   Factors.reserve(Tree.size());
946   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
947     RepeatedValue E = Tree[i];
948     Factors.append(E.second.getZExtValue(),
949                    ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
950   }
951
952   bool FoundFactor = false;
953   bool NeedsNegate = false;
954   for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
955     if (Factors[i].Op == Factor) {
956       FoundFactor = true;
957       Factors.erase(Factors.begin()+i);
958       break;
959     }
960
961     // If this is a negative version of this factor, remove it.
962     if (ConstantInt *FC1 = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
963       if (ConstantInt *FC2 = dyn_cast<ConstantInt>(Factors[i].Op))
964         if (FC1->getValue() == -FC2->getValue()) {
965           FoundFactor = NeedsNegate = true;
966           Factors.erase(Factors.begin()+i);
967           break;
968         }
969   }
970
971   if (!FoundFactor) {
972     // Make sure to restore the operands to the expression tree.
973     RewriteExprTree(BO, Factors);
974     return 0;
975   }
976
977   BasicBlock::iterator InsertPt = BO; ++InsertPt;
978
979   // If this was just a single multiply, remove the multiply and return the only
980   // remaining operand.
981   if (Factors.size() == 1) {
982     RedoInsts.insert(BO);
983     V = Factors[0].Op;
984   } else {
985     RewriteExprTree(BO, Factors);
986     V = BO;
987   }
988
989   if (NeedsNegate)
990     V = BinaryOperator::CreateNeg(V, "neg", InsertPt);
991
992   return V;
993 }
994
995 /// FindSingleUseMultiplyFactors - If V is a single-use multiply, recursively
996 /// add its operands as factors, otherwise add V to the list of factors.
997 ///
998 /// Ops is the top-level list of add operands we're trying to factor.
999 static void FindSingleUseMultiplyFactors(Value *V,
1000                                          SmallVectorImpl<Value*> &Factors,
1001                                        const SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1002   BinaryOperator *BO = isReassociableOp(V, Instruction::Mul);
1003   if (!BO) {
1004     Factors.push_back(V);
1005     return;
1006   }
1007
1008   // Otherwise, add the LHS and RHS to the list of factors.
1009   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(1), Factors, Ops);
1010   FindSingleUseMultiplyFactors(BO->getOperand(0), Factors, Ops);
1011 }
1012
1013 /// OptimizeAndOrXor - Optimize a series of operands to an 'and', 'or', or 'xor'
1014 /// instruction.  This optimizes based on identities.  If it can be reduced to
1015 /// a single Value, it is returned, otherwise the Ops list is mutated as
1016 /// necessary.
1017 static Value *OptimizeAndOrXor(unsigned Opcode,
1018                                SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1019   // Scan the operand lists looking for X and ~X pairs, along with X,X pairs.
1020   // If we find any, we can simplify the expression. X&~X == 0, X|~X == -1.
1021   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1022     // First, check for X and ~X in the operand list.
1023     assert(i < Ops.size());
1024     if (BinaryOperator::isNot(Ops[i].Op)) {    // Cannot occur for ^.
1025       Value *X = BinaryOperator::getNotArgument(Ops[i].Op);
1026       unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1027       if (FoundX != i) {
1028         if (Opcode == Instruction::And)   // ...&X&~X = 0
1029           return Constant::getNullValue(X->getType());
1030
1031         if (Opcode == Instruction::Or)    // ...|X|~X = -1
1032           return Constant::getAllOnesValue(X->getType());
1033       }
1034     }
1035
1036     // Next, check for duplicate pairs of values, which we assume are next to
1037     // each other, due to our sorting criteria.
1038     assert(i < Ops.size());
1039     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == Ops[i].Op) {
1040       if (Opcode == Instruction::And || Opcode == Instruction::Or) {
1041         // Drop duplicate values for And and Or.
1042         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1043         --i; --e;
1044         ++NumAnnihil;
1045         continue;
1046       }
1047
1048       // Drop pairs of values for Xor.
1049       assert(Opcode == Instruction::Xor);
1050       if (e == 2)
1051         return Constant::getNullValue(Ops[0].Op->getType());
1052
1053       // Y ^ X^X -> Y
1054       Ops.erase(Ops.begin()+i, Ops.begin()+i+2);
1055       i -= 1; e -= 2;
1056       ++NumAnnihil;
1057     }
1058   }
1059   return 0;
1060 }
1061
1062 /// OptimizeAdd - Optimize a series of operands to an 'add' instruction.  This
1063 /// optimizes based on identities.  If it can be reduced to a single Value, it
1064 /// is returned, otherwise the Ops list is mutated as necessary.
1065 Value *Reassociate::OptimizeAdd(Instruction *I,
1066                                 SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1067   // Scan the operand lists looking for X and -X pairs.  If we find any, we
1068   // can simplify the expression. X+-X == 0.  While we're at it, scan for any
1069   // duplicates.  We want to canonicalize Y+Y+Y+Z -> 3*Y+Z.
1070   //
1071   // TODO: We could handle "X + ~X" -> "-1" if we wanted, since "-X = ~X+1".
1072   //
1073   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1074     Value *TheOp = Ops[i].Op;
1075     // Check to see if we've seen this operand before.  If so, we factor all
1076     // instances of the operand together.  Due to our sorting criteria, we know
1077     // that these need to be next to each other in the vector.
1078     if (i+1 != Ops.size() && Ops[i+1].Op == TheOp) {
1079       // Rescan the list, remove all instances of this operand from the expr.
1080       unsigned NumFound = 0;
1081       do {
1082         Ops.erase(Ops.begin()+i);
1083         ++NumFound;
1084       } while (i != Ops.size() && Ops[i].Op == TheOp);
1085
1086       DEBUG(errs() << "\nFACTORING [" << NumFound << "]: " << *TheOp << '\n');
1087       ++NumFactor;
1088
1089       // Insert a new multiply.
1090       Value *Mul = ConstantInt::get(cast<IntegerType>(I->getType()), NumFound);
1091       Mul = BinaryOperator::CreateMul(TheOp, Mul, "factor", I);
1092
1093       // Now that we have inserted a multiply, optimize it. This allows us to
1094       // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1095       // (X*2) + (X*2) + (X*2) -> (X*2)*3 -> X*6
1096       RedoInsts.insert(cast<Instruction>(Mul));
1097
1098       // If every add operand was a duplicate, return the multiply.
1099       if (Ops.empty())
1100         return Mul;
1101
1102       // Otherwise, we had some input that didn't have the dupe, such as
1103       // "A + A + B" -> "A*2 + B".  Add the new multiply to the list of
1104       // things being added by this operation.
1105       Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(Mul), Mul));
1106
1107       --i;
1108       e = Ops.size();
1109       continue;
1110     }
1111
1112     // Check for X and -X in the operand list.
1113     if (!BinaryOperator::isNeg(TheOp))
1114       continue;
1115
1116     Value *X = BinaryOperator::getNegArgument(TheOp);
1117     unsigned FoundX = FindInOperandList(Ops, i, X);
1118     if (FoundX == i)
1119       continue;
1120
1121     // Remove X and -X from the operand list.
1122     if (Ops.size() == 2)
1123       return Constant::getNullValue(X->getType());
1124
1125     Ops.erase(Ops.begin()+i);
1126     if (i < FoundX)
1127       --FoundX;
1128     else
1129       --i;   // Need to back up an extra one.
1130     Ops.erase(Ops.begin()+FoundX);
1131     ++NumAnnihil;
1132     --i;     // Revisit element.
1133     e -= 2;  // Removed two elements.
1134   }
1135
1136   // Scan the operand list, checking to see if there are any common factors
1137   // between operands.  Consider something like A*A+A*B*C+D.  We would like to
1138   // reassociate this to A*(A+B*C)+D, which reduces the number of multiplies.
1139   // To efficiently find this, we count the number of times a factor occurs
1140   // for any ADD operands that are MULs.
1141   DenseMap<Value*, unsigned> FactorOccurrences;
1142
1143   // Keep track of each multiply we see, to avoid triggering on (X*4)+(X*4)
1144   // where they are actually the same multiply.
1145   unsigned MaxOcc = 0;
1146   Value *MaxOccVal = 0;
1147   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
1148     BinaryOperator *BOp = isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul);
1149     if (!BOp)
1150       continue;
1151
1152     // Compute all of the factors of this added value.
1153     SmallVector<Value*, 8> Factors;
1154     FindSingleUseMultiplyFactors(BOp, Factors, Ops);
1155     assert(Factors.size() > 1 && "Bad linearize!");
1156
1157     // Add one to FactorOccurrences for each unique factor in this op.
1158     SmallPtrSet<Value*, 8> Duplicates;
1159     for (unsigned i = 0, e = Factors.size(); i != e; ++i) {
1160       Value *Factor = Factors[i];
1161       if (!Duplicates.insert(Factor)) continue;
1162
1163       unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1164       if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factor; }
1165
1166       // If Factor is a negative constant, add the negated value as a factor
1167       // because we can percolate the negate out.  Watch for minint, which
1168       // cannot be positivified.
1169       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Factor))
1170         if (CI->isNegative() && !CI->isMinValue(true)) {
1171           Factor = ConstantInt::get(CI->getContext(), -CI->getValue());
1172           assert(!Duplicates.count(Factor) &&
1173                  "Shouldn't have two constant factors, missed a canonicalize");
1174
1175           unsigned Occ = ++FactorOccurrences[Factor];
1176           if (Occ > MaxOcc) { MaxOcc = Occ; MaxOccVal = Factor; }
1177         }
1178     }
1179   }
1180
1181   // If any factor occurred more than one time, we can pull it out.
1182   if (MaxOcc > 1) {
1183     DEBUG(errs() << "\nFACTORING [" << MaxOcc << "]: " << *MaxOccVal << '\n');
1184     ++NumFactor;
1185
1186     // Create a new instruction that uses the MaxOccVal twice.  If we don't do
1187     // this, we could otherwise run into situations where removing a factor
1188     // from an expression will drop a use of maxocc, and this can cause
1189     // RemoveFactorFromExpression on successive values to behave differently.
1190     Instruction *DummyInst = BinaryOperator::CreateAdd(MaxOccVal, MaxOccVal);
1191     SmallVector<WeakVH, 4> NewMulOps;
1192     for (unsigned i = 0; i != Ops.size(); ++i) {
1193       // Only try to remove factors from expressions we're allowed to.
1194       BinaryOperator *BOp = isReassociableOp(Ops[i].Op, Instruction::Mul);
1195       if (!BOp)
1196         continue;
1197
1198       if (Value *V = RemoveFactorFromExpression(Ops[i].Op, MaxOccVal)) {
1199         // The factorized operand may occur several times.  Convert them all in
1200         // one fell swoop.
1201         for (unsigned j = Ops.size(); j != i;) {
1202           --j;
1203           if (Ops[j].Op == Ops[i].Op) {
1204             NewMulOps.push_back(V);
1205             Ops.erase(Ops.begin()+j);
1206           }
1207         }
1208         --i;
1209       }
1210     }
1211
1212     // No need for extra uses anymore.
1213     delete DummyInst;
1214
1215     unsigned NumAddedValues = NewMulOps.size();
1216     Value *V = EmitAddTreeOfValues(I, NewMulOps);
1217
1218     // Now that we have inserted the add tree, optimize it. This allows us to
1219     // handle cases that require multiple factoring steps, such as this:
1220     // A*A*B + A*A*C   -->   A*(A*B+A*C)   -->   A*(A*(B+C))
1221     assert(NumAddedValues > 1 && "Each occurrence should contribute a value");
1222     (void)NumAddedValues;
1223     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
1224       RedoInsts.insert(VI);
1225
1226     // Create the multiply.
1227     Instruction *V2 = BinaryOperator::CreateMul(V, MaxOccVal, "tmp", I);
1228
1229     // Rerun associate on the multiply in case the inner expression turned into
1230     // a multiply.  We want to make sure that we keep things in canonical form.
1231     RedoInsts.insert(V2);
1232
1233     // If every add operand included the factor (e.g. "A*B + A*C"), then the
1234     // entire result expression is just the multiply "A*(B+C)".
1235     if (Ops.empty())
1236       return V2;
1237
1238     // Otherwise, we had some input that didn't have the factor, such as
1239     // "A*B + A*C + D" -> "A*(B+C) + D".  Add the new multiply to the list of
1240     // things being added by this operation.
1241     Ops.insert(Ops.begin(), ValueEntry(getRank(V2), V2));
1242   }
1243
1244   return 0;
1245 }
1246
1247 namespace {
1248   /// \brief Predicate tests whether a ValueEntry's op is in a map.
1249   struct IsValueInMap {
1250     const DenseMap<Value *, unsigned> &Map;
1251
1252     IsValueInMap(const DenseMap<Value *, unsigned> &Map) : Map(Map) {}
1253
1254     bool operator()(const ValueEntry &Entry) {
1255       return Map.find(Entry.Op) != Map.end();
1256     }
1257   };
1258 }
1259
1260 /// \brief Build up a vector of value/power pairs factoring a product.
1261 ///
1262 /// Given a series of multiplication operands, build a vector of factors and
1263 /// the powers each is raised to when forming the final product. Sort them in
1264 /// the order of descending power.
1265 ///
1266 ///      (x*x)          -> [(x, 2)]
1267 ///     ((x*x)*x)       -> [(x, 3)]
1268 ///   ((((x*y)*x)*y)*x) -> [(x, 3), (y, 2)]
1269 ///
1270 /// \returns Whether any factors have a power greater than one.
1271 bool Reassociate::collectMultiplyFactors(SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops,
1272                                          SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1273   // FIXME: Have Ops be (ValueEntry, Multiplicity) pairs, simplifying this.
1274   // Compute the sum of powers of simplifiable factors.
1275   unsigned FactorPowerSum = 0;
1276   for (unsigned Idx = 1, Size = Ops.size(); Idx < Size; ++Idx) {
1277     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1278
1279     // Count the number of occurrences of this value.
1280     unsigned Count = 1;
1281     for (; Idx < Size && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1282       ++Count;
1283     // Track for simplification all factors which occur 2 or more times.
1284     if (Count > 1)
1285       FactorPowerSum += Count;
1286   }
1287
1288   // We can only simplify factors if the sum of the powers of our simplifiable
1289   // factors is 4 or higher. When that is the case, we will *always* have
1290   // a simplification. This is an important invariant to prevent cyclicly
1291   // trying to simplify already minimal formations.
1292   if (FactorPowerSum < 4)
1293     return false;
1294
1295   // Now gather the simplifiable factors, removing them from Ops.
1296   FactorPowerSum = 0;
1297   for (unsigned Idx = 1; Idx < Ops.size(); ++Idx) {
1298     Value *Op = Ops[Idx-1].Op;
1299
1300     // Count the number of occurrences of this value.
1301     unsigned Count = 1;
1302     for (; Idx < Ops.size() && Ops[Idx].Op == Op; ++Idx)
1303       ++Count;
1304     if (Count == 1)
1305       continue;
1306     // Move an even number of occurrences to Factors.
1307     Count &= ~1U;
1308     Idx -= Count;
1309     FactorPowerSum += Count;
1310     Factors.push_back(Factor(Op, Count));
1311     Ops.erase(Ops.begin()+Idx, Ops.begin()+Idx+Count);
1312   }
1313
1314   // None of the adjustments above should have reduced the sum of factor powers
1315   // below our mininum of '4'.
1316   assert(FactorPowerSum >= 4);
1317
1318   std::sort(Factors.begin(), Factors.end(), Factor::PowerDescendingSorter());
1319   return true;
1320 }
1321
1322 /// \brief Build a tree of multiplies, computing the product of Ops.
1323 static Value *buildMultiplyTree(IRBuilder<> &Builder,
1324                                 SmallVectorImpl<Value*> &Ops) {
1325   if (Ops.size() == 1)
1326     return Ops.back();
1327
1328   Value *LHS = Ops.pop_back_val();
1329   do {
1330     LHS = Builder.CreateMul(LHS, Ops.pop_back_val());
1331   } while (!Ops.empty());
1332
1333   return LHS;
1334 }
1335
1336 /// \brief Build a minimal multiplication DAG for (a^x)*(b^y)*(c^z)*...
1337 ///
1338 /// Given a vector of values raised to various powers, where no two values are
1339 /// equal and the powers are sorted in decreasing order, compute the minimal
1340 /// DAG of multiplies to compute the final product, and return that product
1341 /// value.
1342 Value *Reassociate::buildMinimalMultiplyDAG(IRBuilder<> &Builder,
1343                                             SmallVectorImpl<Factor> &Factors) {
1344   assert(Factors[0].Power);
1345   SmallVector<Value *, 4> OuterProduct;
1346   for (unsigned LastIdx = 0, Idx = 1, Size = Factors.size();
1347        Idx < Size && Factors[Idx].Power > 0; ++Idx) {
1348     if (Factors[Idx].Power != Factors[LastIdx].Power) {
1349       LastIdx = Idx;
1350       continue;
1351     }
1352
1353     // We want to multiply across all the factors with the same power so that
1354     // we can raise them to that power as a single entity. Build a mini tree
1355     // for that.
1356     SmallVector<Value *, 4> InnerProduct;
1357     InnerProduct.push_back(Factors[LastIdx].Base);
1358     do {
1359       InnerProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1360       ++Idx;
1361     } while (Idx < Size && Factors[Idx].Power == Factors[LastIdx].Power);
1362
1363     // Reset the base value of the first factor to the new expression tree.
1364     // We'll remove all the factors with the same power in a second pass.
1365     Value *M = Factors[LastIdx].Base = buildMultiplyTree(Builder, InnerProduct);
1366     if (Instruction *MI = dyn_cast<Instruction>(M))
1367       RedoInsts.insert(MI);
1368
1369     LastIdx = Idx;
1370   }
1371   // Unique factors with equal powers -- we've folded them into the first one's
1372   // base.
1373   Factors.erase(std::unique(Factors.begin(), Factors.end(),
1374                             Factor::PowerEqual()),
1375                 Factors.end());
1376
1377   // Iteratively collect the base of each factor with an add power into the
1378   // outer product, and halve each power in preparation for squaring the
1379   // expression.
1380   for (unsigned Idx = 0, Size = Factors.size(); Idx != Size; ++Idx) {
1381     if (Factors[Idx].Power & 1)
1382       OuterProduct.push_back(Factors[Idx].Base);
1383     Factors[Idx].Power >>= 1;
1384   }
1385   if (Factors[0].Power) {
1386     Value *SquareRoot = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1387     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1388     OuterProduct.push_back(SquareRoot);
1389   }
1390   if (OuterProduct.size() == 1)
1391     return OuterProduct.front();
1392
1393   Value *V = buildMultiplyTree(Builder, OuterProduct);
1394   return V;
1395 }
1396
1397 Value *Reassociate::OptimizeMul(BinaryOperator *I,
1398                                 SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1399   // We can only optimize the multiplies when there is a chain of more than
1400   // three, such that a balanced tree might require fewer total multiplies.
1401   if (Ops.size() < 4)
1402     return 0;
1403
1404   // Try to turn linear trees of multiplies without other uses of the
1405   // intermediate stages into minimal multiply DAGs with perfect sub-expression
1406   // re-use.
1407   SmallVector<Factor, 4> Factors;
1408   if (!collectMultiplyFactors(Ops, Factors))
1409     return 0; // All distinct factors, so nothing left for us to do.
1410
1411   IRBuilder<> Builder(I);
1412   Value *V = buildMinimalMultiplyDAG(Builder, Factors);
1413   if (Ops.empty())
1414     return V;
1415
1416   ValueEntry NewEntry = ValueEntry(getRank(V), V);
1417   Ops.insert(std::lower_bound(Ops.begin(), Ops.end(), NewEntry), NewEntry);
1418   return 0;
1419 }
1420
1421 Value *Reassociate::OptimizeExpression(BinaryOperator *I,
1422                                        SmallVectorImpl<ValueEntry> &Ops) {
1423   // Now that we have the linearized expression tree, try to optimize it.
1424   // Start by folding any constants that we found.
1425   if (Ops.size() == 1) return Ops[0].Op;
1426
1427   unsigned Opcode = I->getOpcode();
1428
1429   if (Constant *V1 = dyn_cast<Constant>(Ops[Ops.size()-2].Op))
1430     if (Constant *V2 = dyn_cast<Constant>(Ops.back().Op)) {
1431       Ops.pop_back();
1432       Ops.back().Op = ConstantExpr::get(Opcode, V1, V2);
1433       return OptimizeExpression(I, Ops);
1434     }
1435
1436   // Check for destructive annihilation due to a constant being used.
1437   if (ConstantInt *CstVal = dyn_cast<ConstantInt>(Ops.back().Op))
1438     switch (Opcode) {
1439     default: break;
1440     case Instruction::And:
1441       if (CstVal->isZero())                  // X & 0 -> 0
1442         return CstVal;
1443       if (CstVal->isAllOnesValue())          // X & -1 -> X
1444         Ops.pop_back();
1445       break;
1446     case Instruction::Mul:
1447       if (CstVal->isZero()) {                // X * 0 -> 0
1448         ++NumAnnihil;
1449         return CstVal;
1450       }
1451
1452       if (cast<ConstantInt>(CstVal)->isOne())
1453         Ops.pop_back();                      // X * 1 -> X
1454       break;
1455     case Instruction::Or:
1456       if (CstVal->isAllOnesValue())          // X | -1 -> -1
1457         return CstVal;
1458       // FALLTHROUGH!
1459     case Instruction::Add:
1460     case Instruction::Xor:
1461       if (CstVal->isZero())                  // X [|^+] 0 -> X
1462         Ops.pop_back();
1463       break;
1464     }
1465   if (Ops.size() == 1) return Ops[0].Op;
1466
1467   // Handle destructive annihilation due to identities between elements in the
1468   // argument list here.
1469   unsigned NumOps = Ops.size();
1470   switch (Opcode) {
1471   default: break;
1472   case Instruction::And:
1473   case Instruction::Or:
1474   case Instruction::Xor:
1475     if (Value *Result = OptimizeAndOrXor(Opcode, Ops))
1476       return Result;
1477     break;
1478
1479   case Instruction::Add:
1480     if (Value *Result = OptimizeAdd(I, Ops))
1481       return Result;
1482     break;
1483
1484   case Instruction::Mul:
1485     if (Value *Result = OptimizeMul(I, Ops))
1486       return Result;
1487     break;
1488   }
1489
1490   if (Ops.size() != NumOps)
1491     return OptimizeExpression(I, Ops);
1492   return 0;
1493 }
1494
1495 /// EraseInst - Zap the given instruction, adding interesting operands to the
1496 /// work list.
1497 void Reassociate::EraseInst(Instruction *I) {
1498   assert(isInstructionTriviallyDead(I) && "Trivially dead instructions only!");
1499   SmallVector<Value*, 8> Ops(I->op_begin(), I->op_end());
1500   // Erase the dead instruction.
1501   ValueRankMap.erase(I);
1502   I->eraseFromParent();
1503   // Optimize its operands.
1504   for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
1505     if (Instruction *Op = dyn_cast<Instruction>(Ops[i])) {
1506       // If this is a node in an expression tree, climb to the expression root
1507       // and add that since that's where optimization actually happens.
1508       unsigned Opcode = Op->getOpcode();
1509       while (Op->hasOneUse() && Op->use_back()->getOpcode() == Opcode)
1510         Op = Op->use_back();
1511       RedoInsts.insert(Op);
1512     }
1513 }
1514
1515 /// OptimizeInst - Inspect and optimize the given instruction. Note that erasing
1516 /// instructions is not allowed.
1517 void Reassociate::OptimizeInst(Instruction *I) {
1518   // Only consider operations that we understand.
1519   if (!isa<BinaryOperator>(I))
1520     return;
1521
1522   if (I->getOpcode() == Instruction::Shl &&
1523       isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
1524     // If an operand of this shift is a reassociable multiply, or if the shift
1525     // is used by a reassociable multiply or add, turn into a multiply.
1526     if (isReassociableOp(I->getOperand(0), Instruction::Mul) ||
1527         (I->hasOneUse() &&
1528          (isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Mul) ||
1529           isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Add)))) {
1530       Instruction *NI = ConvertShiftToMul(I);
1531       RedoInsts.insert(I);
1532       MadeChange = true;
1533       I = NI;
1534     }
1535
1536   // Floating point binary operators are not associative, but we can still
1537   // commute (some) of them, to canonicalize the order of their operands.
1538   // This can potentially expose more CSE opportunities, and makes writing
1539   // other transformations simpler.
1540   if ((I->getType()->isFloatingPointTy() || I->getType()->isVectorTy())) {
1541     // FAdd and FMul can be commuted.
1542     if (I->getOpcode() != Instruction::FMul &&
1543         I->getOpcode() != Instruction::FAdd)
1544       return;
1545
1546     Value *LHS = I->getOperand(0);
1547     Value *RHS = I->getOperand(1);
1548     unsigned LHSRank = getRank(LHS);
1549     unsigned RHSRank = getRank(RHS);
1550
1551     // Sort the operands by rank.
1552     if (RHSRank < LHSRank) {
1553       I->setOperand(0, RHS);
1554       I->setOperand(1, LHS);
1555     }
1556
1557     return;
1558   }
1559
1560   // Do not reassociate boolean (i1) expressions.  We want to preserve the
1561   // original order of evaluation for short-circuited comparisons that
1562   // SimplifyCFG has folded to AND/OR expressions.  If the expression
1563   // is not further optimized, it is likely to be transformed back to a
1564   // short-circuited form for code gen, and the source order may have been
1565   // optimized for the most likely conditions.
1566   if (I->getType()->isIntegerTy(1))
1567     return;
1568
1569   // If this is a subtract instruction which is not already in negate form,
1570   // see if we can convert it to X+-Y.
1571   if (I->getOpcode() == Instruction::Sub) {
1572     if (ShouldBreakUpSubtract(I)) {
1573       Instruction *NI = BreakUpSubtract(I);
1574       RedoInsts.insert(I);
1575       MadeChange = true;
1576       I = NI;
1577     } else if (BinaryOperator::isNeg(I)) {
1578       // Otherwise, this is a negation.  See if the operand is a multiply tree
1579       // and if this is not an inner node of a multiply tree.
1580       if (isReassociableOp(I->getOperand(1), Instruction::Mul) &&
1581           (!I->hasOneUse() ||
1582            !isReassociableOp(I->use_back(), Instruction::Mul))) {
1583         Instruction *NI = LowerNegateToMultiply(I);
1584         RedoInsts.insert(I);
1585         MadeChange = true;
1586         I = NI;
1587       }
1588     }
1589   }
1590
1591   // If this instruction is an associative binary operator, process it.
1592   if (!I->isAssociative()) return;
1593   BinaryOperator *BO = cast<BinaryOperator>(I);
1594
1595   // If this is an interior node of a reassociable tree, ignore it until we
1596   // get to the root of the tree, to avoid N^2 analysis.
1597   if (BO->hasOneUse() && BO->use_back()->getOpcode() == BO->getOpcode())
1598     return;
1599
1600   // If this is an add tree that is used by a sub instruction, ignore it
1601   // until we process the subtract.
1602   if (BO->hasOneUse() && BO->getOpcode() == Instruction::Add &&
1603       cast<Instruction>(BO->use_back())->getOpcode() == Instruction::Sub)
1604     return;
1605
1606   ReassociateExpression(BO);
1607 }
1608
1609 Value *Reassociate::ReassociateExpression(BinaryOperator *I) {
1610
1611   // First, walk the expression tree, linearizing the tree, collecting the
1612   // operand information.
1613   SmallVector<RepeatedValue, 8> Tree;
1614   MadeChange |= LinearizeExprTree(I, Tree);
1615   SmallVector<ValueEntry, 8> Ops;
1616   Ops.reserve(Tree.size());
1617   for (unsigned i = 0, e = Tree.size(); i != e; ++i) {
1618     RepeatedValue E = Tree[i];
1619     Ops.append(E.second.getZExtValue(),
1620                ValueEntry(getRank(E.first), E.first));
1621   }
1622
1623   DEBUG(dbgs() << "RAIn:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
1624
1625   // Now that we have linearized the tree to a list and have gathered all of
1626   // the operands and their ranks, sort the operands by their rank.  Use a
1627   // stable_sort so that values with equal ranks will have their relative
1628   // positions maintained (and so the compiler is deterministic).  Note that
1629   // this sorts so that the highest ranking values end up at the beginning of
1630   // the vector.
1631   std::stable_sort(Ops.begin(), Ops.end());
1632
1633   // OptimizeExpression - Now that we have the expression tree in a convenient
1634   // sorted form, optimize it globally if possible.
1635   if (Value *V = OptimizeExpression(I, Ops)) {
1636     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
1637     // eliminate it.
1638     DEBUG(dbgs() << "Reassoc to scalar: " << *V << '\n');
1639     I->replaceAllUsesWith(V);
1640     if (Instruction *VI = dyn_cast<Instruction>(V))
1641       VI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
1642     RedoInsts.insert(I);
1643     ++NumAnnihil;
1644     return V;
1645   }
1646
1647   // We want to sink immediates as deeply as possible except in the case where
1648   // this is a multiply tree used only by an add, and the immediate is a -1.
1649   // In this case we reassociate to put the negation on the outside so that we
1650   // can fold the negation into the add: (-X)*Y + Z -> Z-X*Y
1651   if (I->getOpcode() == Instruction::Mul && I->hasOneUse() &&
1652       cast<Instruction>(I->use_back())->getOpcode() == Instruction::Add &&
1653       isa<ConstantInt>(Ops.back().Op) &&
1654       cast<ConstantInt>(Ops.back().Op)->isAllOnesValue()) {
1655     ValueEntry Tmp = Ops.pop_back_val();
1656     Ops.insert(Ops.begin(), Tmp);
1657   }
1658
1659   DEBUG(dbgs() << "RAOut:\t"; PrintOps(I, Ops); dbgs() << '\n');
1660
1661   if (Ops.size() == 1) {
1662     // This expression tree simplified to something that isn't a tree,
1663     // eliminate it.
1664     I->replaceAllUsesWith(Ops[0].Op);
1665     if (Instruction *OI = dyn_cast<Instruction>(Ops[0].Op))
1666       OI->setDebugLoc(I->getDebugLoc());
1667     RedoInsts.insert(I);
1668     return Ops[0].Op;
1669   }
1670
1671   // Now that we ordered and optimized the expressions, splat them back into
1672   // the expression tree, removing any unneeded nodes.
1673   RewriteExprTree(I, Ops);
1674   return I;
1675 }
1676
1677 bool Reassociate::runOnFunction(Function &F) {
1678   // Calculate the rank map for F
1679   BuildRankMap(F);
1680
1681   MadeChange = false;
1682   for (Function::iterator BI = F.begin(), BE = F.end(); BI != BE; ++BI) {
1683     // Optimize every instruction in the basic block.
1684     for (BasicBlock::iterator II = BI->begin(), IE = BI->end(); II != IE; )
1685       if (isInstructionTriviallyDead(II)) {
1686         EraseInst(II++);
1687       } else {
1688         OptimizeInst(II);
1689         assert(II->getParent() == BI && "Moved to a different block!");
1690         ++II;
1691       }
1692
1693     // If this produced extra instructions to optimize, handle them now.
1694     while (!RedoInsts.empty()) {
1695       Instruction *I = RedoInsts.pop_back_val();
1696       if (isInstructionTriviallyDead(I))
1697         EraseInst(I);
1698       else
1699         OptimizeInst(I);
1700     }
1701   }
1702
1703   // We are done with the rank map.
1704   RankMap.clear();
1705   ValueRankMap.clear();
1706
1707   return MadeChange;
1708 }