[Sparc] Add missing processor types: v7 and niagara
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
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 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
23 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
24 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
26 #include "llvm/IR/Constants.h"
27 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
28 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
29 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
30 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
31 #include "llvm/IR/Instructions.h"
32 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
34 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
35 #include "llvm/IR/Metadata.h"
36 #include "llvm/IR/Module.h"
37 #include "llvm/IR/Operator.h"
38 #include "llvm/IR/Type.h"
39 #include "llvm/Support/CFG.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
42 #include "llvm/Support/Debug.h"
43 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
44 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
45 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
47 #include <algorithm>
48 #include <map>
49 #include <set>
50 using namespace llvm;
51 using namespace PatternMatch;
52
53 static cl::opt<unsigned>
54 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
55    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
56
57 static cl::opt<bool>
58 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
59        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
60
61 static cl::opt<bool>
62 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
63        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
64
65 static cl::opt<bool>
66 HoistCondStores("simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
67        cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store preceeds"));
68
69 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
70 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
71 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
72 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
73
74 namespace {
75   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
76   struct ValueEqualityComparisonCase {
77     ConstantInt *Value;
78     BasicBlock *Dest;
79
80     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
81       : Value(Value), Dest(Dest) {}
82
83     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
84       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
85       return Value < RHS.Value;
86     }
87
88     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
89   };
90
91 class SimplifyCFGOpt {
92   const TargetTransformInfo &TTI;
93   const DataLayout *const TD;
94   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
95   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
96                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
97   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
98                                                      BasicBlock *Pred,
99                                                      IRBuilder<> &Builder);
100   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
101                                            IRBuilder<> &Builder);
102
103   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
104   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
105   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
106   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
107   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
108   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
109   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
110
111 public:
112   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *TD)
113       : TTI(TTI), TD(TD) {}
114   bool run(BasicBlock *BB);
115 };
116 }
117
118 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
119 /// terminator instructions together.
120 ///
121 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
122   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
123
124   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
125   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
126   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
127   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
128   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
129   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
130
131   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
132     if (SI1Succs.count(*I))
133       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
134            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
135         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
136         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
137             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
138           return false;
139       }
140
141   return true;
142 }
143
144 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
145 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
146 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
147 /// successors.
148 ///
149 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
150                                           BranchInst *SI2,
151                                           Instruction *Cond,
152                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
153   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
154   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
155
156   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
157   // common successors:
158   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
159   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
160   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
161   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
162   if (!Ci2) return false;
163   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
164         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
165       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
166         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
167     return false;
168
169   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
170   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
171   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
172   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
173     if (SI1Succs.count(*I))
174       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
175            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
176         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
177         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
178             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
179           return false;
180         PhiNodes.push_back(PN);
181       }
182   return true;
183 }
184
185 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
186 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
187 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
188 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
189 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
190                                   BasicBlock *ExistPred) {
191   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
192
193   PHINode *PN;
194   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
195        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
196     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
197 }
198
199 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
200 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
201 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
202 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
203   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
204          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
205   switch (Operator::getOpcode(I)) {
206   default:
207     // In doubt, be conservative.
208     return UINT_MAX;
209   case Instruction::GetElementPtr:
210     // GEPs are cheap if all indices are constant.
211     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
212       return UINT_MAX;
213     return 1;
214   case Instruction::Load:
215   case Instruction::Add:
216   case Instruction::Sub:
217   case Instruction::And:
218   case Instruction::Or:
219   case Instruction::Xor:
220   case Instruction::Shl:
221   case Instruction::LShr:
222   case Instruction::AShr:
223   case Instruction::ICmp:
224   case Instruction::Trunc:
225   case Instruction::ZExt:
226   case Instruction::SExt:
227     return 1; // These are all cheap.
228
229   case Instruction::Call:
230   case Instruction::Select:
231     return 2;
232   }
233 }
234
235 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
236 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
237 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
238 /// which works well enough for us.
239 ///
240 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
241 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
242 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
243 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
244 /// set and true is returned.
245 ///
246 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
247 /// Select whose cost is 2.
248 ///
249 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
250 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
251 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
252 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
253                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
254                                 unsigned &CostRemaining) {
255   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
256   if (!I) {
257     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
258     // can be executed unconditionally.
259     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
260       if (C->canTrap())
261         return false;
262     return true;
263   }
264   BasicBlock *PBB = I->getParent();
265
266   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
267   // the bottom of this block.
268   if (PBB == BB) return false;
269
270   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
271   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
272   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
273   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
274   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
275     return true;
276
277   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
278   // instructions in the 'if region'.
279   if (AggressiveInsts == 0) return false;
280
281   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
282   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
283
284   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
285   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
286   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
287   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
288     return false;
289
290   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
291
292   if (Cost > CostRemaining)
293     return false;
294
295   CostRemaining -= Cost;
296
297   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
298   // not take us over the cost threshold.
299   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
300     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
301       return false;
302   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
303   AggressiveInsts->insert(I);
304   return true;
305 }
306
307 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
308 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
309 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
310   // Normal constant int.
311   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
312   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
313     return CI;
314
315   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
316   // ConstantInt if possible.
317   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(TD->getIntPtrType(V->getType()));
318
319   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
320   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
321     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
322
323   // IntToPtr const int.
324   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
325     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
326       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
327         // The constant is very likely to have the right type already.
328         if (CI->getType() == PtrTy)
329           return CI;
330         else
331           return cast<ConstantInt>
332             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
333       }
334   return 0;
335 }
336
337 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
338 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
339 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
340 /// Values vector.
341 static Value *
342 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
343                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
344   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
345   if (I == 0) return 0;
346
347   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
348   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
349     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
350       Value *RHSVal;
351       ConstantInt *RHSC;
352
353       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
354         // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
355         // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
356         if (match(ICI->getOperand(0),
357                   m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
358           APInt Not = ~RHSC->getValue();
359           if (Not.isPowerOf2()) {
360             Vals.push_back(C);
361             Vals.push_back(
362                 ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue() | Not));
363             UsedICmps++;
364             return RHSVal;
365           }
366         }
367
368         UsedICmps++;
369         Vals.push_back(C);
370         return I->getOperand(0);
371       }
372
373       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
374       // the set.
375       ConstantRange Span =
376         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
377
378       // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
379       // compare idiom as emitted by instcombine.
380       bool hasAdd =
381           match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)));
382       if (hasAdd)
383         Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
384
385       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
386       // x != 0 && x != 1.
387       if (!isEQ)
388         Span = Span.inverse();
389
390       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
391       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
392         return 0;
393
394       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
395         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
396       UsedICmps++;
397       return hasAdd ? RHSVal : I->getOperand(0);
398     }
399     return 0;
400   }
401
402   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
403   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
404     return 0;
405
406   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
407   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
408   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
409                                           isEQ, UsedICmps)) {
410     unsigned NumVals = Vals.size();
411     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
412     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
413                                             isEQ, UsedICmps)) {
414       if (LHS == RHS)
415         return LHS;
416       Vals.resize(NumVals);
417       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
418     }
419
420     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
421     // set it and return success.
422     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
423       Extra = I->getOperand(1);
424       return LHS;
425     }
426
427     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
428     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
429     return 0;
430   }
431
432   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
433   // use LHS as Extra.
434   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
435     Value *OldExtra = Extra;
436     Extra = I->getOperand(0);
437     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
438                                             isEQ, UsedICmps))
439       return RHS;
440     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
441     Extra = OldExtra;
442   }
443
444   return 0;
445 }
446
447 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
448   Instruction *Cond = 0;
449   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
450     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
451   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
452     if (BI->isConditional())
453       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
454   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
455     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
456   }
457
458   TI->eraseFromParent();
459   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
460 }
461
462 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
463 /// to see if a value is equal to constant integer value.
464 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
465   Value *CV = 0;
466   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
467     // Do not permit merging of large switch instructions into their
468     // predecessors unless there is only one predecessor.
469     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
470                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
471       CV = SI->getCondition();
472   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
473     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
474       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
475         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
476           CV = ICI->getOperand(0);
477
478   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
479   if (TD && CV) {
480     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
481       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
482       if (PTII->getType() == TD->getIntPtrType(Ptr->getType()))
483         CV = Ptr;
484     }
485   }
486   return CV;
487 }
488
489 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
490 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
491 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
492 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
493                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
494                                                                        &Cases) {
495   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
496     Cases.reserve(SI->getNumCases());
497     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
498       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
499                                                   i.getCaseSuccessor()));
500     return SI->getDefaultDest();
501   }
502
503   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
504   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
505   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
506   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
507                                                              TD),
508                                               Succ));
509   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
510 }
511
512
513 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
514 /// in the list that match the specified block.
515 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
516                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
517   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
518 }
519
520 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
521 /// well.
522 static bool
523 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
524               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
525   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
526
527   // Make V1 be smaller than V2.
528   if (V1->size() > V2->size())
529     std::swap(V1, V2);
530
531   if (V1->size() == 0) return false;
532   if (V1->size() == 1) {
533     // Just scan V2.
534     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
535     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
536       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
537         return true;
538   }
539
540   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
541   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
542   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
543   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
544   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
545     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
546       return true;
547     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
548       ++i1;
549     else
550       ++i2;
551   }
552   return false;
553 }
554
555 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
556 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
557 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
558 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
559 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
560 /// form of jump threading.
561 bool SimplifyCFGOpt::
562 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
563                                               BasicBlock *Pred,
564                                               IRBuilder<> &Builder) {
565   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
566   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
567
568   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
569   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
570   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
571
572   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
573   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
574
575   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
576   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
577   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
578                                                         PredCases);
579   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
580
581   // Find information about how control leaves this block.
582   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
583   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
584   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
585
586   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
587   // simplify TI based on this knowledge.
588   if (PredDef == TI->getParent()) {
589     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
590     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
591     // can simplify TI.
592     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
593       return false;
594
595     if (isa<BranchInst>(TI)) {
596       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
597       // uncond br.
598       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
599       // Insert the new branch.
600       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
601       (void) NI;
602
603       // Remove PHI node entries for the dead edge.
604       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
605
606       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
607            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
608
609       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
610       return true;
611     }
612
613     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
614     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
615     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
616     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
617       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
618
619     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
620                  << "Through successor TI: " << *TI);
621
622     // Collect branch weights into a vector.
623     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
624     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
625     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
626     if (HasWeight)
627       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
628            ++MD_i) {
629         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
630         assert(CI);
631         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
632       }
633     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
634       --i;
635       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
636         if (HasWeight) {
637           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
638           Weights.pop_back();
639         }
640         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
641         SI->removeCase(i);
642       }
643     }
644     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
645       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
646                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
647                       createBranchWeights(Weights));
648
649     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
650     return true;
651   }
652
653   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
654   // which value (or set of values) this is.
655   ConstantInt *TIV = 0;
656   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
657   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
658     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
659       if (TIV != 0)
660         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
661       TIV = PredCases[i].Value;
662     }
663   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
664
665   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
666   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
667   BasicBlock *TheRealDest = 0;
668   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
669     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
670       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
671       break;
672     }
673
674   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
675   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
676
677   // Remove PHI node entries for dead edges.
678   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
679   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
680     if (*SI != CheckEdge)
681       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
682     else
683       CheckEdge = 0;
684
685   // Insert the new branch.
686   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
687   (void) NI;
688
689   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
690             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
691
692   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
693   return true;
694 }
695
696 namespace {
697   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
698   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
699   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
700   struct ConstantIntOrdering {
701     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
702       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
703     }
704   };
705 }
706
707 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
708                                     ConstantInt *const *P2) {
709   const ConstantInt *LHS = *P1;
710   const ConstantInt *RHS = *P2;
711   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
712     return 1;
713   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
714     return 0;
715   return -1;
716 }
717
718 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
719   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
720   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
721     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
722       return MDS->getString().equals("branch_weights");
723
724   return false;
725 }
726
727 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
728 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
729 /// metadata.
730 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
731                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
732   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
733   assert(MD);
734   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
735     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
736     assert(CI);
737     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
738   }
739
740   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
741   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
742   // default weight to be the first entry.
743   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
744     assert(Weights.size() == 2);
745     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
746     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
747       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
748   }
749 }
750
751 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
752 /// weights if any are.
753 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
754   bool Halve = false;
755   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
756     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
757       Halve = true;
758       break;
759     }
760
761   if (! Halve)
762     return;
763
764   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
765     Weights[i] /= 2;
766 }
767
768 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
769 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
770 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
771 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
772 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
773                                                          IRBuilder<> &Builder) {
774   BasicBlock *BB = TI->getParent();
775   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
776   assert(CV && "Not a comparison?");
777   bool Changed = false;
778
779   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
780   while (!Preds.empty()) {
781     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
782
783     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
784     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
785     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
786
787     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
788       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
789       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
790       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
791
792       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
793       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
794
795       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
796       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
797       // build.
798       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
799
800       // Update the branch weight metadata along the way
801       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
802       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
803       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
804
805       if (PredHasWeights) {
806         GetBranchWeights(PTI, Weights);
807         // branch-weight metadata is inconsistent here.
808         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
809           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
810       } else if (SuccHasWeights)
811         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
812         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
813         // successor's weights
814         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
815
816       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
817       if (SuccHasWeights) {
818         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
819         // branch-weight metadata is inconsistent here.
820         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
821           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
822       } else if (PredHasWeights)
823         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
824
825       if (PredDefault == BB) {
826         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
827         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
828         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
829         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
830           if (PredCases[i].Dest != BB)
831             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
832           else {
833             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
834             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
835
836             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
837               // Increase weight for the default case.
838               Weights[0] += Weights[i+1];
839               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
840               Weights.pop_back();
841             }
842
843             PredCases.pop_back();
844             --i; --e;
845           }
846
847         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
848         if (PredDefault != BBDefault) {
849           PredDefault->removePredecessor(Pred);
850           PredDefault = BBDefault;
851           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
852         }
853
854         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
855         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
856         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
857           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
858               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
859             PredCases.push_back(BBCases[i]);
860             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
861             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
862               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
863               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
864               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
865               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
866               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
867             }
868           }
869
870         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
871           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
872           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
873           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
874             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
875           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
876           Weights[0] *= SuccWeights[0];
877         }
878       } else {
879         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
880         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
881         // activated.
882         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
883         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
884         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
885           if (PredCases[i].Dest == BB) {
886             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
887
888             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
889               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
890               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
891               Weights.pop_back();
892             }
893
894             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
895             PredCases.pop_back();
896             --i; --e;
897           }
898
899         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
900         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
901         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
902           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
903             // If this is one we are capable of getting...
904             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
905               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
906             PredCases.push_back(BBCases[i]);
907             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
908             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
909           }
910
911         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
912         // they must go to the default destination of TI.
913         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
914                                     PTIHandled.begin(),
915                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
916           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
917             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
918           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
919           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
920         }
921       }
922
923       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
924       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
925       // successors.
926       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
927         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
928
929       Builder.SetInsertPoint(PTI);
930       // Convert pointer to int before we switch.
931       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
932         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
933         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getType()),
934                                     "magicptr");
935       }
936
937       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
938       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
939                                                PredCases.size());
940       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
941       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
942         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
943
944       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
945         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
946         FitWeights(Weights);
947
948         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
949
950         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
951                            MDBuilder(BB->getContext()).
952                            createBranchWeights(MDWeights));
953       }
954
955       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
956
957       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
958       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
959       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
960       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
961       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
962         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
963           if (InfLoopBlock == 0) {
964             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
965             // or it won't matter if it's hot. :)
966             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
967                                               "infloop", BB->getParent());
968             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
969           }
970           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
971         }
972
973       Changed = true;
974     }
975   }
976   return Changed;
977 }
978
979 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
980 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
981 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
982 // to put the select in this case.
983 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
984                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
985   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
986     PHINode *PN;
987     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
988          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
989       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
990       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
991       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
992         return false;
993       }
994     }
995   }
996   return true;
997 }
998
999 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1000 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1001 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1002 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1003   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1004   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1005   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1006   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1007   // identical order.
1008   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1009   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1010
1011   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1012   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1013
1014   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1015   // Skip debug info if it is not identical.
1016   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1017   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1018   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1019     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1020       I1 = BB1_Itr++;
1021     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1022       I2 = BB2_Itr++;
1023   }
1024   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1025       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1026     return false;
1027
1028   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1029
1030   bool Changed = false;
1031   do {
1032     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1033     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1034     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1035       goto HoistTerminator;
1036
1037     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1038     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1039     // the now redundant second instruction.
1040     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1041     if (!I2->use_empty())
1042       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1043     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1044     I2->eraseFromParent();
1045     Changed = true;
1046
1047     I1 = BB1_Itr++;
1048     I2 = BB2_Itr++;
1049     // Skip debug info if it is not identical.
1050     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1051     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1052     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1053       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1054         I1 = BB1_Itr++;
1055       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1056         I2 = BB2_Itr++;
1057     }
1058   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1059
1060   return true;
1061
1062 HoistTerminator:
1063   // It may not be possible to hoist an invoke.
1064   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1065     return Changed;
1066
1067   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1068     PHINode *PN;
1069     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1070          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1071       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1072       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1073       if (BB1V == BB2V)
1074         continue;
1075
1076       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V))
1077         return Changed;
1078       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V))
1079         return Changed;
1080     }
1081   }
1082
1083   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1084   Instruction *NT = I1->clone();
1085   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1086   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1087     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1088     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1089     NT->takeName(I1);
1090   }
1091
1092   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1093   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1094   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1095   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1096   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1097   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1098   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1099     PHINode *PN;
1100     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1101          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1102       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1103       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1104       if (BB1V == BB2V) continue;
1105
1106       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1107       // that determines the right value.
1108       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1109       if (SI == 0)
1110         SI = cast<SelectInst>
1111           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1112                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1113
1114       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1115       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1116         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1117           PN->setIncomingValue(i, SI);
1118     }
1119   }
1120
1121   // Update any PHI nodes in our new successors.
1122   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1123     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1124
1125   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1126   return true;
1127 }
1128
1129 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1130 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1131 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1132 /// in the two predecessors to BBEnd.
1133 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1134   assert(BI1->isUnconditional());
1135   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1136   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1137
1138   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1139   // an unconditional branch.
1140   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1141   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1142   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1143     return false;
1144   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1145   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1146     return false;
1147   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1148   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1149   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1150     return false;
1151
1152   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1153   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1154   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1155   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1156        I != E; ++I) {
1157     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1158       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1159       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1160       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1161     } else {
1162       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1163       break;
1164     }
1165   }
1166   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1167     return false;
1168
1169
1170   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1171   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1172   // instructions in an identical order.
1173   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1174       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1175       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1176   // Skip debug info.
1177   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1178   if (RI1 == RE1)
1179     return false;
1180   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1181   if (RI2 == RE2)
1182     return false;
1183   // Skip the unconditional branches.
1184   ++RI1;
1185   ++RI2;
1186
1187   bool Changed = false;
1188   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1189     // Skip debug info.
1190     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1191     if (RI1 == RE1)
1192       return Changed;
1193     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1194     if (RI2 == RE2)
1195       return Changed;
1196
1197     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1198     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1199     // perform the same operation.
1200     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1201     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1202         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1203         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1204         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1205         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1206         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1207         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1208         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1209         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1210       return Changed;
1211
1212     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1213     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1214     bool SwapOpnds = false;
1215     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1216         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1217         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1218         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1219          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1220       ICmp2->swapOperands();
1221       SwapOpnds = true;
1222     }
1223     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1224       if (SwapOpnds)
1225         ICmp2->swapOperands();
1226       return Changed;
1227     }
1228
1229     // The operands should be either the same or they need to be generated
1230     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1231     // a single pair of different operands.
1232     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1233     unsigned Op1Idx = 0;
1234     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1235       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1236         continue;
1237       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1238       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1239       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1240       if (DifferentOp1 ||
1241           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1242           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1243           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1244           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1245         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1246         if (SwapOpnds)
1247           ICmp2->swapOperands();
1248         return Changed;
1249       }
1250       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1251       Op1Idx = I;
1252       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1253     }
1254
1255     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1256     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1257     if (DifferentOp1) {
1258       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1259                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1260                                        BBEnd->begin());
1261       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1262       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1263       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1264       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1265       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1266       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1267     }
1268     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1269     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1270
1271     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1272     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1273     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1274     // instruction in the basic block down.
1275     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1276     // Sink the instruction.
1277     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1278     if (!OldPN->use_empty())
1279       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1280     OldPN->eraseFromParent();
1281
1282     if (!I2->use_empty())
1283       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1284     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1285     I2->eraseFromParent();
1286
1287     if (UpdateRE1)
1288       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1289     if (UpdateRE2)
1290       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1291     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1292     NumSinkCommons++;
1293     Changed = true;
1294   }
1295   return Changed;
1296 }
1297
1298 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1299 /// conditional block.
1300 ///
1301 /// We are looking for code like the following:
1302 ///   BrBB:
1303 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1304 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1305 ///     ... // function).
1306 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1307 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1308 ///   ThenBB:
1309 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1310 ///     br label EndBB
1311 ///   EndBB:
1312 ///     ...
1313 ///   We are going to transform this into:
1314 ///   BrBB:
1315 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1316 ///     ... //
1317 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1318 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1319 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1320 ///     ...
1321 ///
1322 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1323 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1324 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1325                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1326   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1327   if (!StoreToHoist)
1328     return 0;
1329
1330   // Volatile or atomic.
1331   if (!StoreToHoist->isSimple())
1332     return 0;
1333
1334   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1335
1336   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1337   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1338   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1339        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1340     Instruction *CurI = &*RI;
1341
1342     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1343     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1344       return 0;
1345
1346     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1347     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1348     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1349       // Found the previous store, return its value operand.
1350       return SI->getValueOperand();
1351     else if (SI)
1352       return 0; // Unknown store.
1353   }
1354
1355   return 0;
1356 }
1357
1358 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1359 ///
1360 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1361 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1362 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1363 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1364 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1365 ///
1366 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1367 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1368 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1369 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1370 ///
1371 ///
1372 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1373 /// \code
1374 ///   BB:
1375 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1376 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1377 ///   ThenBB:
1378 ///     %sub = sub %x, %y
1379 ///     br label BB2
1380 ///   EndBB:
1381 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1382 ///     ...
1383 /// \endcode
1384 ///
1385 /// Into this IR:
1386 /// \code
1387 ///   BB:
1388 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1389 ///     %sub = sub %x, %y
1390 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1391 ///     ...
1392 /// \endcode
1393 ///
1394 /// \returns true if the conditional block is removed.
1395 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB) {
1396   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1397   Value *BrCond = BI->getCondition();
1398   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1399     return false;
1400
1401   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1402   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1403
1404   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1405   // to swap the select operands later.
1406   bool Invert = false;
1407   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1408     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1409     Invert = true;
1410   }
1411   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1412
1413   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1414   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1415   // - They are defined in BB, and
1416   // - They have no side effects, and
1417   // - All of their uses are in CondBB.
1418   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1419
1420   unsigned SpeculationCost = 0;
1421   Value *SpeculatedStoreValue = 0;
1422   StoreInst *SpeculatedStore = 0;
1423   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1424                             BBE = llvm::prior(ThenBB->end());
1425        BBI != BBE; ++BBI) {
1426     Instruction *I = BBI;
1427     // Skip debug info.
1428     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1429       continue;
1430
1431     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1432     // terminator) for now.
1433     ++SpeculationCost;
1434     if (SpeculationCost > 1)
1435       return false;
1436
1437     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1438     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1439         !(HoistCondStores &&
1440           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1441                                                          EndBB))))
1442       return false;
1443     if (!SpeculatedStoreValue &&
1444         ComputeSpeculationCost(I) > PHINodeFoldingThreshold)
1445       return false;
1446
1447     // Store the store speculation candidate.
1448     if (SpeculatedStoreValue)
1449       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1450
1451     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1452     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1453     // being sunk into the use block.
1454     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1455          i != e; ++i) {
1456       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1457       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1458           OpI->mayHaveSideEffects())
1459         continue; // Not a candidate for sinking.
1460
1461       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1462     }
1463   }
1464
1465   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1466   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1467   // and so iteration order isn't significant.
1468   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1469            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1470        I != E; ++I)
1471     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1472       ++SpeculationCost;
1473       if (SpeculationCost > 1)
1474         return false;
1475     }
1476
1477   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1478   bool HaveRewritablePHIs = false;
1479   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1480        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1481     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1482     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1483
1484     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1485     // Skip PHIs which are trivial.
1486     if (ThenV == OrigV)
1487       continue;
1488
1489     HaveRewritablePHIs = true;
1490     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1491     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1492     if (!OrigCE && !ThenCE)
1493       continue; // Known safe and cheap.
1494
1495     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE)) ||
1496         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE)))
1497       return false;
1498     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE) : 0;
1499     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE) : 0;
1500     if (OrigCost + ThenCost > 2 * PHINodeFoldingThreshold)
1501       return false;
1502
1503     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1504     // getting expanded into Instructions.
1505     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1506     // constant expression.
1507     ++SpeculationCost;
1508     if (SpeculationCost > 1)
1509       return false;
1510   }
1511
1512   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1513   // as well.
1514   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1515     return false;
1516
1517   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1518   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1519
1520   // Insert a select of the value of the speculated store.
1521   if (SpeculatedStoreValue) {
1522     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1523     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1524     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1525     if (Invert)
1526       std::swap(TrueV, FalseV);
1527     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1528                                     "." + FalseV->getName());
1529     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1530   }
1531
1532   // Hoist the instructions.
1533   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1534                            llvm::prior(ThenBB->end()));
1535
1536   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1537   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1538   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1539        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1540     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1541     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1542     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1543     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1544
1545     // Skip PHIs which are trivial.
1546     if (OrigV == ThenV)
1547       continue;
1548
1549     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1550     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1551     // destinations were inverted.
1552     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1553     if (Invert)
1554       std::swap(TrueV, FalseV);
1555     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1556                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1557     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1558     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1559   }
1560
1561   ++NumSpeculations;
1562   return true;
1563 }
1564
1565 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1566 /// attribute.
1567 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1568   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1569     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1570     if (!CI)
1571       continue;
1572     if (CI->cannotDuplicate())
1573       return true;
1574   }
1575   return false;
1576 }
1577
1578 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1579 /// across this block.
1580 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1581   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1582   unsigned Size = 0;
1583
1584   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1585     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1586       continue;
1587     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1588     ++Size;
1589
1590     // We can only support instructions that do not define values that are
1591     // live outside of the current basic block.
1592     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1593          UI != E; ++UI) {
1594       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1595       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1596     }
1597
1598     // Looks ok, continue checking.
1599   }
1600
1601   return true;
1602 }
1603
1604 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1605 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1606 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1607 /// ultimate destination.
1608 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1609   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1610   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1611   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1612   // outside of the block.
1613   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1614     return false;
1615
1616   // Degenerate case of a single entry PHI.
1617   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1618     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1619     return true;
1620   }
1621
1622   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1623   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1624
1625   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1626
1627   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1628   // constants.
1629   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1630     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1631     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1632
1633     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1634     // branch to RealDest.
1635     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1636     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1637
1638     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1639     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1640     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1641
1642     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1643     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1644     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1645     // the edge we are about to create.
1646     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1647                                             RealDest->getName()+".critedge",
1648                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1649     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1650
1651     // Update PHI nodes.
1652     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1653
1654     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1655     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1656     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1657     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1658     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1659     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1660       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1661         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1662         continue;
1663       }
1664       // Clone the instruction.
1665       Instruction *N = BBI->clone();
1666       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1667
1668       // Update operands due to translation.
1669       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1670            i != e; ++i) {
1671         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1672         if (PI != TranslateMap.end())
1673           *i = PI->second;
1674       }
1675
1676       // Check for trivial simplification.
1677       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1678         TranslateMap[BBI] = V;
1679         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1680       } else {
1681         // Insert the new instruction into its new home.
1682         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1683         if (!BBI->use_empty())
1684           TranslateMap[BBI] = N;
1685       }
1686     }
1687
1688     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1689     // to EdgeBB instead.
1690     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1691     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1692       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1693         BB->removePredecessor(PredBB);
1694         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1695       }
1696
1697     // Recurse, simplifying any other constants.
1698     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1699   }
1700
1701   return false;
1702 }
1703
1704 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1705 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1706 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1707   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1708   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1709   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1710   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1711   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1712   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1713   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1714   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1715   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1716   if (!IfCond ||
1717       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1718       isa<ConstantInt>(IfCond))
1719     return false;
1720
1721   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1722   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1723   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1724   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1725   // fewer PHI nodes in this block.
1726   unsigned NumPhis = 0;
1727   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1728     if (NumPhis > 2)
1729       return false;
1730
1731   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1732   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1733   // that need to be moved to the dominating block.
1734   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1735   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1736            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1737
1738   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1739     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1740     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1741       PN->replaceAllUsesWith(V);
1742       PN->eraseFromParent();
1743       continue;
1744     }
1745
1746     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1747                              MaxCostVal0) ||
1748         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1749                              MaxCostVal1))
1750       return false;
1751   }
1752
1753   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1754   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1755   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1756   if (PN == 0) return true;
1757
1758   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1759   // often be turned into switches and other things.
1760   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1761       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1762        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1763        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1764     return false;
1765
1766   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1767   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1768   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1769   // worth promoting to select instructions.
1770   BasicBlock *DomBlock = 0;
1771   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1772   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1773   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1774     IfBlock1 = 0;
1775   } else {
1776     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1777     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1778       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1779         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1780         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1781         // flow, so the xform is not worth it.
1782         return false;
1783       }
1784   }
1785
1786   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1787     IfBlock2 = 0;
1788   } else {
1789     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1790     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1791       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1792         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1793         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1794         // flow, so the xform is not worth it.
1795         return false;
1796       }
1797   }
1798
1799   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1800                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1801
1802   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1803   // do all of the PHI's now.
1804   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1805   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1806
1807   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1808   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1809   if (IfBlock1)
1810     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1811                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1812                                    IfBlock1->getTerminator());
1813   if (IfBlock2)
1814     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1815                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1816                                    IfBlock2->getTerminator());
1817
1818   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1819     // Change the PHI node into a select instruction.
1820     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1821     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1822
1823     SelectInst *NV =
1824       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1825     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1826     NV->takeName(PN);
1827     PN->eraseFromParent();
1828   }
1829
1830   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1831   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1832   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1833   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1834   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1835   Builder.CreateBr(BB);
1836   OldTI->eraseFromParent();
1837   return true;
1838 }
1839
1840 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1841 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1842 /// introducing a select if the return values disagree.
1843 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1844                                            IRBuilder<> &Builder) {
1845   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1846   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1847   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1848   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1849   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1850
1851   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1852   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1853   // computation on one path or the other.
1854   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1855     return false;
1856   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1857     return false;
1858
1859   Builder.SetInsertPoint(BI);
1860   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1861   // there is no return value for this function, just change the
1862   // branch into a return.
1863   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1864     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1865     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1866     Builder.CreateRetVoid();
1867     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1868     return true;
1869   }
1870
1871   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1872   // so we can insert a new select instruction.
1873   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1874   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1875
1876   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1877   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1878     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1879       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1880   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1881     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1882       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1883
1884   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1885   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1886   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1887   // constant expression that prevents this transformation from being
1888   // safe.
1889   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1890     if (TCV->canTrap())
1891       return false;
1892   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1893     if (FCV->canTrap())
1894       return false;
1895
1896   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1897   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1898   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1899   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1900
1901   // Insert select instructions where needed.
1902   Value *BrCond = BI->getCondition();
1903   if (TrueValue) {
1904     // Insert a select if the results differ.
1905     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1906     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1907       TrueValue = FalseValue;
1908     } else {
1909       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1910                                        FalseValue, "retval");
1911     }
1912   }
1913
1914   Value *RI = !TrueValue ?
1915     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1916
1917   (void) RI;
1918
1919   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1920                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1921                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1922
1923   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1924
1925   return true;
1926 }
1927
1928 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1929 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1930 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1931 /// found.
1932 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1933                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1934   assert(BI->isConditional() &&
1935          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1936   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1937   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1938   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1939   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1940   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1941   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1942   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1943   return true;
1944 }
1945
1946 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1947 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1948 ///
1949 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1950   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1951     return false;
1952   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1953     Instruction *PBI = &*I;
1954     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1955     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1956       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1957       Inst->eraseFromParent();
1958       return true;
1959     }
1960   }
1961   return false;
1962 }
1963
1964 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1965 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1966 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1967 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1968   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1969
1970   Instruction *Cond = 0;
1971   if (BI->isConditional())
1972     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1973   else {
1974     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1975     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1976     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1977     // predecessor.
1978     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1979       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1980         if (PBI->isConditional() &&
1981             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1982              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1983           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1984                I != E; ) {
1985             Instruction *Curr = I++;
1986             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1987               Cond = Curr;
1988               break;
1989             }
1990             // Quit if we can't remove this instruction.
1991             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1992               return false;
1993           }
1994         }
1995
1996     if (Cond == 0)
1997       return false;
1998   }
1999
2000   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2001     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2002   return false;
2003
2004   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
2005   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
2006   // must be at the front of the block.
2007   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
2008
2009   // Ignore dbg intrinsics.
2010   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2011
2012   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
2013   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
2014   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
2015   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
2016   Instruction *BonusInst = 0;
2017   if (&*FrontIt != Cond &&
2018       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
2019       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
2020     BonusInst = &*FrontIt;
2021     ++FrontIt;
2022
2023     // Ignore dbg intrinsics.
2024     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2025   }
2026
2027   // Only a single bonus inst is allowed.
2028   if (&*FrontIt != Cond)
2029     return false;
2030
2031   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2032   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2033
2034   // Ingore dbg intrinsics.
2035   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2036
2037   if (&*CondIt != BI)
2038     return false;
2039
2040   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2041   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2042   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2043     if (CE->canTrap())
2044       return false;
2045   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2046     if (CE->canTrap())
2047       return false;
2048
2049   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2050   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2051   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
2052   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2053     return false;
2054
2055   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2056     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2057     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2058
2059     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2060     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2061     // blocks.
2062     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2063     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
2064         (BI->isConditional() &&
2065          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2066         (!BI->isConditional() &&
2067          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2068       continue;
2069
2070     // Determine if the two branches share a common destination.
2071     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2072     bool InvertPredCond = false;
2073
2074     if (BI->isConditional()) {
2075       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2076         Opc = Instruction::Or;
2077       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2078         Opc = Instruction::And;
2079       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2080         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2081       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2082         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2083       else
2084         continue;
2085     } else {
2086       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2087         continue;
2088     }
2089
2090     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2091     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2092     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2093     // out-of-order core by speculating them earlier. We also allow
2094     // instructions that are used by the terminator's condition because it
2095     // exposes more merging opportunities.
2096     bool UsedByBranch = (BonusInst && BonusInst->hasOneUse() &&
2097                          *BonusInst->use_begin() == Cond);
2098
2099     if (BonusInst && !UsedByBranch) {
2100       // Collect the values used by the bonus inst
2101       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2102       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2103            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2104         Value *V = *OI;
2105         if (!isa<Constant>(V) && !isa<Argument>(V))
2106           UsedValues.insert(V);
2107       }
2108
2109       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2110       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2111
2112       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2113       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2114       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2115       while (!Worklist.empty()) {
2116         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2117         Worklist.pop_back();
2118
2119         if (Pair.second >= 4) continue;
2120         UsedValues.erase(Pair.first);
2121         if (UsedValues.empty()) break;
2122
2123         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2124           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2125                OI != OE; ++OI)
2126             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2127         }
2128       }
2129
2130       if (!UsedValues.empty()) return false;
2131     }
2132
2133     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2134     IRBuilder<> Builder(PBI);
2135
2136     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2137     if (InvertPredCond) {
2138       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2139
2140       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2141         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2142         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2143       } else {
2144         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2145                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2146       }
2147
2148       PBI->setCondition(NewCond);
2149       PBI->swapSuccessors();
2150     }
2151
2152     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2153     Instruction *NewBonus = 0;
2154     if (BonusInst) {
2155       NewBonus = BonusInst->clone();
2156       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2157       NewBonus->takeName(BonusInst);
2158       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2159     }
2160
2161     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2162     // two conditions together.
2163     Instruction *New = Cond->clone();
2164     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2165     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2166     New->takeName(Cond);
2167     Cond->setName(New->getName()+".old");
2168
2169     if (BI->isConditional()) {
2170       Instruction *NewCond =
2171         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2172                                             New, "or.cond"));
2173       PBI->setCondition(NewCond);
2174
2175       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2176       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2177                                                   PredFalseWeight);
2178       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2179                                                   SuccFalseWeight);
2180       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2181
2182       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2183         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2184           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2185           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2186           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2187           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2188           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2189           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2190           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2191           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2192           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2193                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2194         }
2195         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2196         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2197       }
2198       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2199         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2200           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2201           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2202           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2203           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2204           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2205               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2206           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2207           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2208         }
2209         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2210         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2211       }
2212       if (NewWeights.size() == 2) {
2213         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2214         FitWeights(NewWeights);
2215
2216         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2217         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2218                          MDBuilder(BI->getContext()).
2219                          createBranchWeights(MDWeights));
2220       } else
2221         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2222     } else {
2223       // Update PHI nodes in the common successors.
2224       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2225         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2226           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2227         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2228         Instruction *MergedCond = 0;
2229         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2230           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2231           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2232           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2233           Instruction *NotCond =
2234             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2235                                 "not.cond"));
2236           MergedCond =
2237             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2238                                 NotCond, New,
2239                                 "and.cond"));
2240           if (PBI_C->isOne())
2241             MergedCond =
2242               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2243                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2244                                   "or.cond"));
2245         } else {
2246           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2247           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2248           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2249           MergedCond =
2250             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2251                                 PBI->getCondition(), New,
2252                                 "and.cond"));
2253           if (PBI_C->isOne()) {
2254             Instruction *NotCond =
2255               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2256                                   "not.cond"));
2257             MergedCond =
2258               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2259                                   NotCond, MergedCond,
2260                                   "or.cond"));
2261           }
2262         }
2263         // Update PHI Node.
2264         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2265                                   MergedCond);
2266       }
2267       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2268       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2269       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2270       PBI = New_PBI;
2271     }
2272
2273     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2274     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2275
2276     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2277     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2278       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2279         I->clone()->insertBefore(PBI);
2280
2281     return true;
2282   }
2283   return false;
2284 }
2285
2286 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2287 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2288 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2289 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2290 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2291   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2292   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2293
2294   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2295   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2296   // this conditional branch redundant.
2297   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2298       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2299     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2300     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2301     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2302       // Turn this into a branch on constant.
2303       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2304       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2305                                         CondIsTrue));
2306       return true;  // Nuke the branch on constant.
2307     }
2308
2309     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2310     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2311     // simplifycfg will thread the block.
2312     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2313       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2314       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2315                                        std::distance(PB, PE),
2316                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2317                                        BB->begin());
2318       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2319       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2320       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2321       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2322         BasicBlock *P = *PI;
2323         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2324             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2325             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2326             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2327           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2328           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2329                                               CondIsTrue), P);
2330         } else {
2331           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2332         }
2333       }
2334
2335       BI->setCondition(NewPN);
2336       return true;
2337     }
2338   }
2339
2340   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2341   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2342   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2343   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2344   // Ignore dbg intrinsics.
2345   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2346     ++BBI;
2347   if (&*BBI != BI)
2348     return false;
2349
2350
2351   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2352     if (CE->canTrap())
2353       return false;
2354
2355   int PBIOp, BIOp;
2356   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2357     PBIOp = BIOp = 0;
2358   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2359     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2360   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2361     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2362   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2363     PBIOp = BIOp = 1;
2364   else
2365     return false;
2366
2367   // Check to make sure that the other destination of this branch
2368   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2369   // keep getting unwound.
2370   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2371     return false;
2372
2373   // Do not perform this transformation if it would require
2374   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2375   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2376   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2377
2378   unsigned NumPhis = 0;
2379   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2380        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2381     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2382       return false;
2383
2384   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2385   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2386
2387   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2388                << "AND: " << *BI->getParent());
2389
2390
2391   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2392   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2393   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2394   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2395   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2396   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2397   // infinite loop with no cond branch.
2398   if (OtherDest == BB) {
2399     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2400     // or it won't matter if it's hot. :)
2401     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2402                                                   "infloop", BB->getParent());
2403     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2404     OtherDest = InfLoopBlock;
2405   }
2406
2407   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2408
2409   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2410   // it alone, but modify PBI.
2411
2412   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2413   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2414   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2415   if (PBIOp)
2416     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2417
2418   Value *BICond = BI->getCondition();
2419   if (BIOp)
2420     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2421
2422   // Merge the conditions.
2423   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2424
2425   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2426   PBI->setCondition(Cond);
2427   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2428   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2429
2430   // Update branch weight for PBI.
2431   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2432   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2433                                               PredFalseWeight);
2434   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2435                                               SuccFalseWeight);
2436   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2437     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2438     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2439     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2440     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2441     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2442     //                                    PredOther * SuccCommon.
2443     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2444     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2445     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2446                          PredOther * SuccCommon);
2447     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2448     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2449     FitWeights(NewWeights);
2450
2451     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2452     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2453                      MDBuilder(BI->getContext()).
2454                      createBranchWeights(MDWeights));
2455   }
2456
2457   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2458   // block that are identical to the entries for BI's block.
2459   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2460
2461   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2462   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2463   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2464   // them agree.
2465   PHINode *PN;
2466   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2467        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2468     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2469     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2470     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2471     if (BIV != PBIV) {
2472       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2473       Value *NV = cast<SelectInst>
2474         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2475       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2476     }
2477   }
2478
2479   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2480   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2481
2482   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2483   // one fewer predecessor.
2484   return true;
2485 }
2486
2487 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2488 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2489 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2490 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2491 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2492 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2493                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2494                                        uint32_t TrueWeight,
2495                                        uint32_t FalseWeight){
2496   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2497   // First, figure out which successors to preserve.
2498   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2499   // successor.
2500   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2501   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2502
2503   // Then remove the rest.
2504   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2505     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2506     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2507     if (Succ == KeepEdge1)
2508       KeepEdge1 = 0;
2509     else if (Succ == KeepEdge2)
2510       KeepEdge2 = 0;
2511     else
2512       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2513   }
2514
2515   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2516   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2517
2518   // Insert an appropriate new terminator.
2519   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2520     if (TrueBB == FalseBB)
2521       // We were only looking for one successor, and it was present.
2522       // Create an unconditional branch to it.
2523       Builder.CreateBr(TrueBB);
2524     else {
2525       // We found both of the successors we were looking for.
2526       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2527       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2528       if (TrueWeight != FalseWeight)
2529         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2530                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2531                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2532     }
2533   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2534     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2535     // terminator must be unreachable.
2536     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2537   } else {
2538     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2539     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2540     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2541     if (KeepEdge1 == 0)
2542       // Only TrueBB was found.
2543       Builder.CreateBr(TrueBB);
2544     else
2545       // Only FalseBB was found.
2546       Builder.CreateBr(FalseBB);
2547   }
2548
2549   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2550   return true;
2551 }
2552
2553 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2554 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2555 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2556 // unconditional otherwise.
2557 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2558   // Check for constant integer values in the select.
2559   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2560   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2561   if (!TrueVal || !FalseVal)
2562     return false;
2563
2564   // Find the relevant condition and destinations.
2565   Value *Condition = Select->getCondition();
2566   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2567   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2568
2569   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2570   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2571   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2572   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2573   if (HasWeights) {
2574     GetBranchWeights(SI, Weights);
2575     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2576       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2577                                      getSuccessorIndex()];
2578       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2579                                       getSuccessorIndex()];
2580     }
2581   }
2582
2583   // Perform the actual simplification.
2584   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2585                                     TrueWeight, FalseWeight);
2586 }
2587
2588 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2589 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2590 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2591 // with
2592 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2593 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2594   // Check that both operands of the select are block addresses.
2595   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2596   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2597   if (!TBA || !FBA)
2598     return false;
2599
2600   // Extract the actual blocks.
2601   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2602   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2603
2604   // Perform the actual simplification.
2605   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2606                                     0, 0);
2607 }
2608
2609 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2610 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2611 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2612 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2613 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2614 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2615 /// like:
2616 ///
2617 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2618 /// DEFAULT:
2619 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2620 ///   br label %end
2621 /// end:
2622 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2623 ///
2624 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2625 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2626 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2627     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2628     const DataLayout *TD) {
2629   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2630
2631   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2632   // complex.
2633   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2634
2635   Value *V = ICI->getOperand(0);
2636   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2637
2638   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2639   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2640   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2641   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2642   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2643
2644   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2645   if (SI->getCondition() != V)
2646     return false;
2647
2648   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2649   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2650   // away.
2651   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2652     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2653     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2654     ICI->setOperand(0, VVal);
2655
2656     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2657       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2658       ICI->eraseFromParent();
2659     }
2660     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2661     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2662   }
2663
2664   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2665   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2666   // and zap it.
2667   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2668     Value *V;
2669     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2670       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2671     else
2672       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2673
2674     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2675     ICI->eraseFromParent();
2676     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2677     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2678   }
2679
2680   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2681   // the block.
2682   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2683   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2684   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2685       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2686     return false;
2687
2688   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2689   // true in the PHI.
2690   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2691   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2692
2693   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2694     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2695
2696   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2697   // false depending on if it is EQ or NE.
2698   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2699   ICI->eraseFromParent();
2700
2701   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2702   // the switch to the merge point on the compared value.
2703   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2704                                          BB->getParent(), BB);
2705   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2706   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2707   if (HasWeights) {
2708     GetBranchWeights(SI, Weights);
2709     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2710       // Split weight for default case to case for "Cst".
2711       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2712       Weights.push_back(Weights[0]);
2713
2714       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2715       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2716                       MDBuilder(SI->getContext()).
2717                       createBranchWeights(MDWeights));
2718     }
2719   }
2720   SI->addCase(Cst, NewBB);
2721
2722   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2723   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2724   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2725   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2726   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2727   return true;
2728 }
2729
2730 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2731 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2732 /// fold it into a switch instruction if so.
2733 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2734                                       IRBuilder<> &Builder) {
2735   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2736   if (Cond == 0) return false;
2737
2738
2739   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2740   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2741   // 'setne's and'ed together, collect them.
2742   Value *CompVal = 0;
2743   std::vector<ConstantInt*> Values;
2744   bool TrueWhenEqual = true;
2745   Value *ExtraCase = 0;
2746   unsigned UsedICmps = 0;
2747
2748   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2749     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2750                                      UsedICmps);
2751   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2752     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2753                                      UsedICmps);
2754     TrueWhenEqual = false;
2755   }
2756
2757   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2758   if (CompVal == 0) return false;
2759
2760   // Avoid turning single icmps into a switch.
2761   if (UsedICmps <= 1)
2762     return false;
2763
2764   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2765   // instruction can't handle, remove them now.
2766   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2767   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2768
2769   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2770   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2771   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2772
2773   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2774   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2775
2776   // Figure out which block is which destination.
2777   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2778   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2779   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2780
2781   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2782
2783   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2784                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2785
2786   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2787   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2788   // right before the condbr to handle it.
2789   if (ExtraCase) {
2790     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2791     // Remove the uncond branch added to the old block.
2792     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2793     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2794
2795     if (TrueWhenEqual)
2796       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2797     else
2798       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2799
2800     OldTI->eraseFromParent();
2801
2802     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2803     // for the edge we just added.
2804     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2805
2806     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2807           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2808     BB = NewBB;
2809   }
2810
2811   Builder.SetInsertPoint(BI);
2812   // Convert pointer to int before we switch.
2813   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2814     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2815     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2816                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getType()),
2817                                      "magicptr");
2818   }
2819
2820   // Create the new switch instruction now.
2821   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2822
2823   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2824   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2825     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2826
2827   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2828   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2829   // the number of edges added.
2830   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2831        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2832     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2833     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2834     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2835       PN->addIncoming(InVal, BB);
2836   }
2837
2838   // Erase the old branch instruction.
2839   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2840
2841   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2842   return true;
2843 }
2844
2845 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2846   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2847   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2848   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2849   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2850   if (RI->getValue() != LPInst)
2851     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2852     // caused control to branch here.
2853     return false;
2854
2855   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2856   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2857   while (++I != E)
2858     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2859       return false;
2860
2861   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2862   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2863   bool Changed = false;
2864   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2865     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2866
2867     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2868       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2869       // the table.
2870       InvokeRequiresTableEntry = true;
2871       continue;
2872     }
2873
2874     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2875
2876     // Insert a call instruction before the invoke.
2877     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2878     Call->takeName(II);
2879     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2880     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2881     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2882
2883     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2884     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2885     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2886     // updated.
2887     II->replaceAllUsesWith(Call);
2888     BB->removePredecessor(II->getParent());
2889
2890     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2891     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2892
2893     // Finally, delete the invoke instruction!
2894     II->eraseFromParent();
2895     Changed = true;
2896   }
2897
2898   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2899     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2900     BB->eraseFromParent();
2901
2902   return Changed;
2903 }
2904
2905 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2906   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2907   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2908
2909   // Find predecessors that end with branches.
2910   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2911   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2912   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2913     BasicBlock *P = *PI;
2914     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2915     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2916       if (BI->isUnconditional())
2917         UncondBranchPreds.push_back(P);
2918       else
2919         CondBranchPreds.push_back(BI);
2920     }
2921   }
2922
2923   // If we found some, do the transformation!
2924   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2925     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2926       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2927       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2928             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2929       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2930     }
2931
2932     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2933     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2934       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2935       BB->eraseFromParent();
2936
2937     return true;
2938   }
2939
2940   // Check out all of the conditional branches going to this return
2941   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2942   // branch itself into a select/return pair.
2943   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2944     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2945
2946     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2947     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2948         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2949         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2950       return true;
2951   }
2952   return false;
2953 }
2954
2955 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2956   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2957
2958   bool Changed = false;
2959
2960   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2961   // be removed, do so.
2962   while (UI != BB->begin()) {
2963     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2964     --BBI;
2965     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2966     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2967     // operations may have this effect.
2968     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2969
2970     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2971       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2972         if (SI->isVolatile())
2973           break;
2974       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2975         if (LI->isVolatile())
2976           break;
2977       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2978         if (RMWI->isVolatile())
2979           break;
2980       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2981         if (CXI->isVolatile())
2982           break;
2983       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2984                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2985         break;
2986       }
2987       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2988       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2989       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2990       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2991     }
2992
2993     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2994     if (!BBI->use_empty())
2995       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2996     BBI->eraseFromParent();
2997     Changed = true;
2998   }
2999
3000   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3001   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3002   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3003
3004   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3005   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3006     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3007     IRBuilder<> Builder(TI);
3008     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3009       if (BI->isUnconditional()) {
3010         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3011           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3012           TI->eraseFromParent();
3013           Changed = true;
3014         }
3015       } else {
3016         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3017           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3018           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3019         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3020           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3021           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3022           Changed = true;
3023         }
3024       }
3025     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3026       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3027            i != e; ++i)
3028         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3029           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3030           SI->removeCase(i);
3031           --i; --e;
3032           Changed = true;
3033         }
3034       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3035       // destination and make it the default.
3036       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3037         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3038         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3039              i != e; ++i) {
3040           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3041               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3042           if (entry.first == 0) {
3043             entry.first = 1;
3044             entry.second = i.getCaseIndex();
3045           } else {
3046             entry.first++;
3047           }
3048         }
3049
3050         // Find the most popular block.
3051         unsigned MaxPop = 0;
3052         unsigned MaxIndex = 0;
3053         BasicBlock *MaxBlock = 0;
3054         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3055              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3056           if (I->second.first > MaxPop ||
3057               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3058             MaxPop = I->second.first;
3059             MaxIndex = I->second.second;
3060             MaxBlock = I->first;
3061           }
3062         }
3063         if (MaxBlock) {
3064           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3065           // edges to it.
3066           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3067           Changed = true;
3068
3069           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3070           // it.
3071           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3072             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3073               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3074
3075           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3076                i != e; ++i)
3077             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3078               SI->removeCase(i);
3079               --i; --e;
3080             }
3081         }
3082       }
3083     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3084       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3085         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3086         // place to note that the call does not throw though.
3087         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3088         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3089
3090         // Insert the call now...
3091         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3092         Builder.SetInsertPoint(BI);
3093         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3094                                           Args, II->getName());
3095         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3096         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3097         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3098         II->replaceAllUsesWith(CI);
3099         delete II;
3100         Changed = true;
3101       }
3102     }
3103   }
3104
3105   // If this block is now dead, remove it.
3106   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3107       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3108     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3109     BB->eraseFromParent();
3110     return true;
3111   }
3112
3113   return Changed;
3114 }
3115
3116 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3117 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3118 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3119   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3120
3121   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3122   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3123   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3124   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3125   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3126   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3127     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3128       return false;
3129     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3130   }
3131   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3132
3133   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3134   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3135   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3136     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3137       return false;
3138   }
3139
3140   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3141   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3142
3143   Value *Sub = SI->getCondition();
3144   if (!Offset->isNullValue())
3145     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3146   Value *Cmp;
3147   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3148   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3149     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3150   else
3151     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3152   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3153       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3154
3155   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3156   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3157   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3158   if (HasWeights) {
3159     GetBranchWeights(SI, Weights);
3160     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3161       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3162       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3163       // bits.
3164       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3165       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3166         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3167       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3168                          MDBuilder(SI->getContext()).
3169                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3170                                              (uint32_t)Weights[0]));
3171     }
3172   }
3173
3174   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3175   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3176        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3177     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3178       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3179   }
3180   SI->eraseFromParent();
3181
3182   return true;
3183 }
3184
3185 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3186 /// and use it to remove dead cases.
3187 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3188   Value *Cond = SI->getCondition();
3189   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3190   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3191   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3192
3193   // Gather dead cases.
3194   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3195   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3196     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3197         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3198       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3199       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3200                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3201     }
3202   }
3203
3204   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3205   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3206   if (HasWeight) {
3207     GetBranchWeights(SI, Weights);
3208     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3209   }
3210
3211   // Remove dead cases from the switch.
3212   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3213     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3214     assert(Case != SI->case_default() &&
3215            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3216     if (HasWeight) {
3217       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3218       Weights.pop_back();
3219     }
3220
3221     // Prune unused values from PHI nodes.
3222     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3223     SI->removeCase(Case);
3224   }
3225   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3226     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3227     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3228                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3229                     createBranchWeights(MDWeights));
3230   }
3231
3232   return !DeadCases.empty();
3233 }
3234
3235 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3236 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3237 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3238 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3239 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3240 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3241                                               BasicBlock *BB,
3242                                               int *PhiIndex) {
3243   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3244     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3245   if (!BB->getSinglePredecessor())
3246     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3247
3248   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3249   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3250     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3251
3252   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3253
3254   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3255   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3256     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3257     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3258
3259     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3260     if (InValue != CaseValue) continue;
3261
3262     *PhiIndex = Idx;
3263     return PHI;
3264   }
3265
3266   return NULL;
3267 }
3268
3269 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3270 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3271 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3272 /// Returns true if a change is made.
3273 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3274   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3275   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3276
3277   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3278     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3279     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3280
3281     int PhiIndex;
3282     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3283                                                  &PhiIndex);
3284     if (!PHI) continue;
3285
3286     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3287   }
3288
3289   bool Changed = false;
3290
3291   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3292        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3293     PHINode *Phi = I->first;
3294     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3295
3296     if (Indexes.size() < 2) continue;
3297
3298     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3299       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3300     Changed = true;
3301   }
3302
3303   return Changed;
3304 }
3305
3306 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3307 /// initializing an array of constants like C.
3308 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3309   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3310     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3311
3312   return isa<ConstantFP>(C) ||
3313       isa<ConstantInt>(C) ||
3314       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3315       isa<GlobalValue>(C) ||
3316       isa<UndefValue>(C);
3317 }
3318
3319 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3320 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3321 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3322                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3323   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3324     return C;
3325   return ConstantPool.lookup(V);
3326 }
3327
3328 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3329 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3330 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3331 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3332 static Constant *
3333 ConstantFold(Instruction *I,
3334              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool,
3335              const DataLayout *DL) {
3336   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3337     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3338     if (!A)
3339       return 0;
3340     if (A->isAllOnesValue())
3341       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3342     if (A->isNullValue())
3343       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3344     return 0;
3345   }
3346
3347   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3348   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3349     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3350       COps.push_back(A);
3351     else
3352       return 0;
3353   }
3354
3355   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I))
3356     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3357                                            COps[1], DL);
3358
3359   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3360 }
3361
3362 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3363 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3364 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3365 /// case), of a switch instruction SI.
3366 static bool
3367 GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3368                ConstantInt *CaseVal,
3369                BasicBlock *CaseDest,
3370                BasicBlock **CommonDest,
3371                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *> > &Res,
3372                const DataLayout *DL) {
3373   // The block from which we enter the common destination.
3374   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3375
3376   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3377   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3378   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3379   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3380   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3381        ++I) {
3382     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3383       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3384       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3385         return false;
3386       Pred = CaseDest;
3387       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3388     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3389       // Skip debug intrinsic.
3390       continue;
3391     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool, DL)) {
3392       // Instruction is side-effect free and constant.
3393       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3394     } else {
3395       break;
3396     }
3397   }
3398
3399   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3400   if (!*CommonDest)
3401     *CommonDest = CaseDest;
3402   // If the destination isn't the common one, abort.
3403   if (CaseDest != *CommonDest)
3404     return false;
3405
3406   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3407   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3408   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3409     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3410     if (Idx == -1)
3411       continue;
3412
3413     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3414                                         ConstantPool);
3415     if (!ConstVal)
3416       return false;
3417
3418     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3419     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3420     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3421     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3422     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3423
3424     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3425     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3426       return false;
3427
3428     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3429   }
3430
3431   return true;
3432 }
3433
3434 namespace {
3435   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3436   /// to replace a switch.
3437   class SwitchLookupTable {
3438   public:
3439     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3440     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3441     /// table.
3442     SwitchLookupTable(Module &M,
3443                       uint64_t TableSize,
3444                       ConstantInt *Offset,
3445              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3446                       Constant *DefaultValue,
3447                       const DataLayout *TD);
3448
3449     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3450     /// the position given by Index in the lookup table.
3451     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3452
3453     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3454     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3455     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3456                                    uint64_t TableSize,
3457                                    const Type *ElementType);
3458
3459   private:
3460     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3461     // different ways.
3462     enum {
3463       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3464       // store that single value and return it for each lookup.
3465       SingleValueKind,
3466
3467       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3468       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3469       // shift and mask operations.
3470       BitMapKind,
3471
3472       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3473       // instructions from the table.
3474       ArrayKind
3475     } Kind;
3476
3477     // For SingleValueKind, this is the single value.
3478     Constant *SingleValue;
3479
3480     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3481     ConstantInt *BitMap;
3482     IntegerType *BitMapElementTy;
3483
3484     // For ArrayKind, this is the array.
3485     GlobalVariable *Array;
3486   };
3487 }
3488
3489 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3490                                      uint64_t TableSize,
3491                                      ConstantInt *Offset,
3492              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3493                                      Constant *DefaultValue,
3494                                      const DataLayout *TD)
3495     : SingleValue(0), BitMap(0), BitMapElementTy(0), Array(0) {
3496   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3497   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3498
3499   // If all values in the table are equal, this is that value.
3500   SingleValue = Values.begin()->second;
3501
3502   // Build up the table contents.
3503   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3504   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3505     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3506     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3507     assert(CaseRes->getType() == DefaultValue->getType());
3508
3509     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3510                    .getLimitedValue();
3511     TableContents[Idx] = CaseRes;
3512
3513     if (CaseRes != SingleValue)
3514       SingleValue = 0;
3515   }
3516
3517   // Fill in any holes in the table with the default result.
3518   if (Values.size() < TableSize) {
3519     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3520       if (!TableContents[I])
3521         TableContents[I] = DefaultValue;
3522     }
3523
3524     if (DefaultValue != SingleValue)
3525       SingleValue = 0;
3526   }
3527
3528   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3529   // that single value.
3530   if (SingleValue) {
3531     Kind = SingleValueKind;
3532     return;
3533   }
3534
3535   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3536   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, DefaultValue->getType())) {
3537     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(DefaultValue->getType());
3538     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3539     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3540       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3541       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3542       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3543         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3544         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3545       }
3546     }
3547     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3548     BitMapElementTy = IT;
3549     Kind = BitMapKind;
3550     ++NumBitMaps;
3551     return;
3552   }
3553
3554   // Store the table in an array.
3555   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultValue->getType(), TableSize);
3556   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3557
3558   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3559                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3560                              Initializer,
3561                              "switch.table");
3562   Array->setUnnamedAddr(true);
3563   Kind = ArrayKind;
3564 }
3565
3566 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3567   switch (Kind) {
3568     case SingleValueKind:
3569       return SingleValue;
3570     case BitMapKind: {
3571       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3572       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3573
3574       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3575       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3576       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3577       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3578
3579       // Multiply the shift amount by the element width.
3580       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3581                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3582                                    "switch.shiftamt");
3583
3584       // Shift down.
3585       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3586                                               "switch.downshift");
3587       // Mask off.
3588       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3589                                  "switch.masked");
3590     }
3591     case ArrayKind: {
3592       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3593       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3594                                              "switch.gep");
3595       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3596     }
3597   }
3598   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3599 }
3600
3601 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3602                                            uint64_t TableSize,
3603                                            const Type *ElementType) {
3604   if (!TD)
3605     return false;
3606   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3607   if (!IT)
3608     return false;
3609   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3610   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3611
3612   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3613   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3614     return false;
3615   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3616 }
3617
3618 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3619 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3620 /// types of the results.
3621 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3622                                    uint64_t TableSize,
3623                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3624                                    const DataLayout *TD,
3625                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3626   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3627     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3628
3629   bool AllTablesFitInRegister = true;
3630   bool HasIllegalType = false;
3631   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3632        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3633     Type *Ty = I->second;
3634
3635     // Saturate this flag to true.
3636     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3637
3638     // Saturate this flag to false.
3639     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3640       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, Ty);
3641
3642     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3643     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3644     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3645     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3646       break;
3647   }
3648
3649   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3650   if (AllTablesFitInRegister)
3651     return true;
3652
3653   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3654   if (HasIllegalType)
3655     return false;
3656
3657   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3658   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3659   // FIXME: Find the best cut-off.
3660   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3661 }
3662
3663 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3664 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3665 /// replace the switch with lookup tables.
3666 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3667                                 IRBuilder<> &Builder,
3668                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3669                                 const DataLayout* TD) {
3670   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3671
3672   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3673   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3674     return false;
3675
3676   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3677   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3678
3679   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3680   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3681   // string and lookup indices into that.
3682
3683   // Ignore the switch if the number of cases is too small.
3684   // This is similar to the check when building jump tables in
3685   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3686   // FIXME: Determine the best cut-off.
3687   if (SI->getNumCases() < 4)
3688     return false;
3689
3690   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3691   // common destination, as well as the the min and max case values.
3692   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3693   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3694   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3695   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3696
3697   BasicBlock *CommonDest = 0;
3698   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3699   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3700   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3701   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3702   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3703
3704   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3705     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3706     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3707       MinCaseVal = CaseVal;
3708     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3709       MaxCaseVal = CaseVal;
3710
3711     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3712     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3713     ResultsTy Results;
3714     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3715                         Results, TD))
3716       return false;
3717
3718     // Append the result from this case to the list for each phi.
3719     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3720       if (!ResultLists.count(I->first))
3721         PHIs.push_back(I->first);
3722       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3723     }
3724   }
3725
3726   // Get the resulting values for the default case.
3727   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3728   if (!GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3729                       DefaultResultsList, TD))
3730     return false;
3731   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3732     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3733     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3734     DefaultResults[PHI] = Result;
3735     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3736   }
3737
3738   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3739   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3740   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, TD, ResultTypes))
3741     return false;
3742
3743   // Create the BB that does the lookups.
3744   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3745   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3746                                             "switch.lookup",
3747                                             CommonDest->getParent(),
3748                                             CommonDest);
3749
3750   // Compute the table index value.
3751   Builder.SetInsertPoint(SI);
3752   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3753                                         "switch.tableidx");
3754
3755   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
3756   // switching upon.
3757   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
3758   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
3759   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
3760          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
3761          "representable value of its input integer type's size.");
3762
3763   // If we have a fully covered lookup table, unconditionally branch to the
3764   // lookup table BB. Otherwise, check if the condition value is within the case
3765   // range. If it is so, branch to the new BB. Otherwise branch to SI's default
3766   // destination.
3767   const bool GeneratingCoveredLookupTable = MaxTableSize == TableSize;
3768   if (GeneratingCoveredLookupTable) {
3769     Builder.CreateBr(LookupBB);
3770     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent());
3771   } else {
3772     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3773                                          MinCaseVal->getType(), TableSize));
3774     Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3775   }
3776
3777   // Populate the BB that does the lookups.
3778   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3779   bool ReturnedEarly = false;
3780   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3781     PHINode *PHI = PHIs[I];
3782
3783     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3784                             DefaultResults[PHI], TD);
3785
3786     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3787
3788     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3789     // do that right here.
3790     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3791         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3792       Builder.CreateRet(Result);
3793       ReturnedEarly = true;
3794       break;
3795     }
3796
3797     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3798   }
3799
3800   if (!ReturnedEarly)
3801     Builder.CreateBr(CommonDest);
3802
3803   // Remove the switch.
3804   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3805     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3806
3807     if (Succ == SI->getDefaultDest())
3808       continue;
3809     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3810   }
3811   SI->eraseFromParent();
3812
3813   ++NumLookupTables;
3814   return true;
3815 }
3816
3817 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3818   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3819
3820   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3821     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3822     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3823     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3824       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3825         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3826
3827     Value *Cond = SI->getCondition();
3828     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3829       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3830         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3831
3832     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3833     // away into any preds.
3834     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3835     // Ignore dbg intrinsics.
3836     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3837       ++BBI;
3838     if (SI == &*BBI)
3839       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3840         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3841   }
3842
3843   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3844   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3845     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3846
3847   // Remove unreachable cases.
3848   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3849     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3850
3851   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3852     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3853
3854   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, TD))
3855     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3856
3857   return false;
3858 }
3859
3860 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3861   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3862   bool Changed = false;
3863
3864   // Eliminate redundant destinations.
3865   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3866   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3867     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3868     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3869       Dest->removePredecessor(BB);
3870       IBI->removeDestination(i);
3871       --i; --e;
3872       Changed = true;
3873     }
3874   }
3875
3876   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3877     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3878     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3879     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3880     return true;
3881   }
3882
3883   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3884     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3885     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3886     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3887     return true;
3888   }
3889
3890   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3891     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3892       return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3893   }
3894   return Changed;
3895 }
3896
3897 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3898   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3899
3900   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3901     return true;
3902
3903   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3904   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3905   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3906       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3907     return true;
3908
3909   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3910   // against a constant, try to simplify the block.
3911   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3912     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3913       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3914         ;
3915       if (I->isTerminator() &&
3916           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, TD))
3917         return true;
3918     }
3919
3920   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3921   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3922   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3923   // for PHI nodes in common successor.
3924   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3925     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3926   return false;
3927 }
3928
3929
3930 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3931   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3932
3933   // Conditional branch
3934   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3935     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3936     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3937     // switch.
3938     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3939       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3940         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3941
3942     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3943     // Ignore dbg intrinsics.
3944     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3945     // Ignore dbg intrinsics.
3946     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3947       ++I;
3948     if (&*I == BI) {
3949       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3950         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3951     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3952       ++I;
3953       // Ignore dbg intrinsics.
3954       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3955         ++I;
3956       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3957         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3958     }
3959   }
3960
3961   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3962   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3963     return true;
3964
3965   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3966   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3967   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3968   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3969     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3970
3971   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3972   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3973   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3974   // can hoist it up to the branching block.
3975   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3976     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3977       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3978         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3979     } else {
3980       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3981       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3982       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3983       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3984           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3985         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
3986           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3987     }
3988   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3989     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
3990     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
3991     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
3992     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3993         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
3994       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
3995         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3996   }
3997
3998   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
3999   // through this block if any PHI node entries are constants.
4000   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4001     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4002       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
4003         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4004
4005   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4006   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4007     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4008       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4009         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4010           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4011
4012   return false;
4013 }
4014
4015 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4016 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4017   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4018   if (!C)
4019     return false;
4020
4021   if (I->use_empty())
4022     return false;
4023
4024   if (C->isNullValue()) {
4025     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4026     User *Use = *I->use_begin();
4027
4028     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4029     // control flow (eg. calls)
4030     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4031       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4032         return false;
4033
4034     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4035     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4036       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4037         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4038
4039     // Look through bitcasts.
4040     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4041       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4042
4043     // Load from null is undefined.
4044     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4045       if (!LI->isVolatile())
4046         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4047
4048     // Store to null is undefined.
4049     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4050       if (!SI->isVolatile())
4051         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4052   }
4053   return false;
4054 }
4055
4056 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4057 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4058 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4059   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4060        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4061     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4062       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4063         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4064         IRBuilder<> Builder(T);
4065         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4066           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4067           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4068           // destination from conditional branches.
4069           if (BI->isUnconditional())
4070             Builder.CreateUnreachable();
4071           else
4072             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4073                                                          BI->getSuccessor(0));
4074           BI->eraseFromParent();
4075           return true;
4076         }
4077         // TODO: SwitchInst.
4078       }
4079
4080   return false;
4081 }
4082
4083 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4084   bool Changed = false;
4085
4086   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4087   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4088
4089   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4090   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4091   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4092        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4093       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4094     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4095     DeleteDeadBlock(BB);
4096     return true;
4097   }
4098
4099   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4100   // away...
4101   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4102
4103   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4104   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4105
4106   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4107   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4108
4109   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4110   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4111   // if there are no PHI nodes.
4112   //
4113   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4114     return true;
4115
4116   IRBuilder<> Builder(BB);
4117
4118   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4119   // eliminate it, do so now.
4120   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4121     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4122       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
4123
4124   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4125   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4126     if (BI->isUnconditional()) {
4127       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4128     } else {
4129       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4130     }
4131   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4132     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4133   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4134     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4135   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4136     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4137   } else if (UnreachableInst *UI =
4138                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4139     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4140   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4141                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4142     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4143   }
4144
4145   return Changed;
4146 }
4147
4148 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4149 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4150 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4151 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4152 ///
4153 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4154                        const DataLayout *TD) {
4155   return SimplifyCFGOpt(TTI, TD).run(BB);
4156 }