0b9568b91dc965e6ab0fb29b000ad6b8ede26416
[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 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
17 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/CFG.h"
26 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Constants.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
30 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
31 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Metadata.h"
37 #include "llvm/IR/Module.h"
38 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
41 #include "llvm/IR/Type.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
48 #include <algorithm>
49 #include <map>
50 #include <set>
51 using namespace llvm;
52 using namespace PatternMatch;
53
54 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
55
56 static cl::opt<unsigned>
57 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
58    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
59
60 static cl::opt<bool>
61 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
62        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
63
64 static cl::opt<bool>
65 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
66        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
67
68 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
69     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
70     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
71
72 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
73 STATISTIC(NumLinearMaps, "Number of switch instructions turned into linear mapping");
74 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
75 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
76 STATISTIC(NumTableCmpReuses, "Number of reused switch table lookup compares");
77 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
78 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
79
80 namespace {
81   // The first field contains the value that the switch produces when a certain
82   // case group is selected, and the second field is a vector containing the cases
83   // composing the case group.
84   typedef SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>
85     SwitchCaseResultVectorTy;
86   // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
87   // and the second field contains the value generated for a certain case in the switch
88   // for that PHI.
89   typedef SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> SwitchCaseResultsTy;
90
91   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
92   struct ValueEqualityComparisonCase {
93     ConstantInt *Value;
94     BasicBlock *Dest;
95
96     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
97       : Value(Value), Dest(Dest) {}
98
99     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
100       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
101       return Value < RHS.Value;
102     }
103
104     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
105   };
106
107 class SimplifyCFGOpt {
108   const TargetTransformInfo &TTI;
109   unsigned BonusInstThreshold;
110   const DataLayout *const DL;
111   AssumptionCache *AC;
112   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
113   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
114                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
115   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
116                                                      BasicBlock *Pred,
117                                                      IRBuilder<> &Builder);
118   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
119                                            IRBuilder<> &Builder);
120
121   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
122   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
123   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
124   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
125   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
126   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
127   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
128
129 public:
130   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, unsigned BonusInstThreshold,
131                  const DataLayout *DL, AssumptionCache *AC)
132       : TTI(TTI), BonusInstThreshold(BonusInstThreshold), DL(DL), AC(AC) {}
133   bool run(BasicBlock *BB);
134 };
135 }
136
137 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
138 /// terminator instructions together.
139 ///
140 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
141   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
142
143   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
144   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
145   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
146   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
147   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
148   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
149
150   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
151     if (SI1Succs.count(*I))
152       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
153            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
154         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
155         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
156             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
157           return false;
158       }
159
160   return true;
161 }
162
163 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
164 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
165 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
166 /// successors.
167 ///
168 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
169                                           BranchInst *SI2,
170                                           Instruction *Cond,
171                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
172   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
173   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
174
175   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
176   // common successors:
177   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
178   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
179   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
180   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
181   if (!Ci2) return false;
182   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
183         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
184       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
185         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
186     return false;
187
188   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
189   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
190   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
191   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
192     if (SI1Succs.count(*I))
193       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
194            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
195         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
196         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
197             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
198           return false;
199         PhiNodes.push_back(PN);
200       }
201   return true;
202 }
203
204 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
205 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
206 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
207 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
208 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
209                                   BasicBlock *ExistPred) {
210   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
211
212   PHINode *PN;
213   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
214        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
215     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
216 }
217
218 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
219 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
220 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
221 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I, const DataLayout *DL) {
222   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
223          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
224   switch (Operator::getOpcode(I)) {
225   default:
226     // In doubt, be conservative.
227     return UINT_MAX;
228   case Instruction::GetElementPtr:
229     // GEPs are cheap if all indices are constant.
230     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
231       return UINT_MAX;
232     return 1;
233   case Instruction::ExtractValue:
234   case Instruction::Load:
235   case Instruction::Add:
236   case Instruction::Sub:
237   case Instruction::And:
238   case Instruction::Or:
239   case Instruction::Xor:
240   case Instruction::Shl:
241   case Instruction::LShr:
242   case Instruction::AShr:
243   case Instruction::ICmp:
244   case Instruction::Trunc:
245   case Instruction::ZExt:
246   case Instruction::SExt:
247   case Instruction::BitCast:
248   case Instruction::ExtractElement:
249   case Instruction::InsertElement:
250     return 1; // These are all cheap.
251
252   case Instruction::Call:
253   case Instruction::Select:
254     return 2;
255   }
256 }
257
258 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
259 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
260 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
261 /// which works well enough for us.
262 ///
263 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
264 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
265 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
266 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
267 /// set and true is returned.
268 ///
269 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
270 /// Select whose cost is 2.
271 ///
272 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
273 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
274 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
275 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
276                                 SmallPtrSetImpl<Instruction*> *AggressiveInsts,
277                                 unsigned &CostRemaining,
278                                 const DataLayout *DL) {
279   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
280   if (!I) {
281     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
282     // can be executed unconditionally.
283     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
284       if (C->canTrap())
285         return false;
286     return true;
287   }
288   BasicBlock *PBB = I->getParent();
289
290   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
291   // the bottom of this block.
292   if (PBB == BB) return false;
293
294   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
295   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
296   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
297   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
298   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
299     return true;
300
301   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
302   // instructions in the 'if region'.
303   if (!AggressiveInsts) return false;
304
305   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
306   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
307
308   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
309   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
310   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
311   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
312     return false;
313
314   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, DL);
315
316   if (Cost > CostRemaining)
317     return false;
318
319   CostRemaining -= Cost;
320
321   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
322   // not take us over the cost threshold.
323   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
324     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, DL))
325       return false;
326   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
327   AggressiveInsts->insert(I);
328   return true;
329 }
330
331 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
332 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
333 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *DL) {
334   // Normal constant int.
335   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
336   if (CI || !DL || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
337     return CI;
338
339   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
340   // ConstantInt if possible.
341   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL->getIntPtrType(V->getType()));
342
343   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
344   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
345     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
346
347   // IntToPtr const int.
348   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
349     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
350       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
351         // The constant is very likely to have the right type already.
352         if (CI->getType() == PtrTy)
353           return CI;
354         else
355           return cast<ConstantInt>
356             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
357       }
358   return nullptr;
359 }
360
361 namespace {
362
363 /// Given a chain of or (||) or and (&&) comparison of a value against a
364 /// constant, this will try to recover the information required for a switch
365 /// structure.
366 /// It will depth-first traverse the chain of comparison, seeking for patterns
367 /// like %a == 12 or %a < 4 and combine them to produce a set of integer
368 /// representing the different cases for the switch.
369 /// Note that if the chain is composed of '||' it will build the set of elements
370 /// that matches the comparisons (i.e. any of this value validate the chain)
371 /// while for a chain of '&&' it will build the set elements that make the test
372 /// fail.
373 struct ConstantComparesGatherer {
374
375   Value *CompValue; /// Value found for the switch comparison
376   Value *Extra;     /// Extra clause to be checked before the switch
377   SmallVector<ConstantInt *, 8> Vals; /// Set of integers to match in switch
378   unsigned UsedICmps; /// Number of comparisons matched in the and/or chain
379
380   /// Construct and compute the result for the comparison instruction Cond
381   ConstantComparesGatherer(Instruction *Cond, const DataLayout *DL)
382       : CompValue(nullptr), Extra(nullptr), UsedICmps(0) {
383     gather(Cond, DL);
384   }
385
386   /// Prevent copy
387   ConstantComparesGatherer(const ConstantComparesGatherer &)
388       LLVM_DELETED_FUNCTION;
389   ConstantComparesGatherer &
390   operator=(const ConstantComparesGatherer &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
391
392 private:
393
394   /// Try to set the current value used for the comparison, it succeeds only if
395   /// it wasn't set before or if the new value is the same as the old one
396   bool setValueOnce(Value *NewVal) {
397     if(CompValue && CompValue != NewVal) return false;
398     CompValue = NewVal;
399     return (CompValue != nullptr);
400   }
401
402   /// Try to match Instruction "I" as a comparison against a constant and
403   /// populates the array Vals with the set of values that match (or do not
404   /// match depending on isEQ).
405   /// Return false on failure. On success, the Value the comparison matched
406   /// against is placed in CompValue.
407   /// If CompValue is already set, the function is expected to fail if a match
408   /// is found but the value compared to is different.
409   bool matchInstruction(Instruction *I, const DataLayout *DL, bool isEQ) {
410     // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
411     ICmpInst *ICI;
412     ConstantInt *C;
413     if (!((ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) &&
414              (C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)))) {
415       return false;
416     }
417
418     Value *RHSVal;
419     ConstantInt *RHSC;
420
421     // Pattern match a special case
422     // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
423     // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
424     if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
425       if (match(ICI->getOperand(0),
426                 m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
427         APInt Not = ~RHSC->getValue();
428         if (Not.isPowerOf2()) {
429           // If we already have a value for the switch, it has to match!
430           if(!setValueOnce(RHSVal))
431             return false;
432
433           Vals.push_back(C);
434           Vals.push_back(ConstantInt::get(C->getContext(),
435                                           C->getValue() | Not));
436           UsedICmps++;
437           return true;
438         }
439       }
440
441       // If we already have a value for the switch, it has to match!
442       if(!setValueOnce(ICI->getOperand(0)))
443         return false;
444
445       UsedICmps++;
446       Vals.push_back(C);
447       return ICI->getOperand(0);
448     }
449
450     // If we have "x ult 3", for example, then we can add 0,1,2 to the set.
451     ConstantRange Span = ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(),
452                                                        C->getValue());
453
454     // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
455     // compare idiom as emitted by instcombine.
456     Value *CandidateVal = I->getOperand(0);
457     if(match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
458       Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
459       CandidateVal = RHSVal;
460     }
461
462     // If this is an and/!= check, then we are looking to build the set of
463     // value that *don't* pass the and chain. I.e. to turn "x ugt 2" into
464     // x != 0 && x != 1.
465     if (!isEQ)
466       Span = Span.inverse();
467
468     // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
469     if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet()) {
470       return false;
471     }
472
473     // If we already have a value for the switch, it has to match!
474     if(!setValueOnce(CandidateVal))
475       return false;
476
477     // Add all values from the range to the set
478     for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
479       Vals.push_back(ConstantInt::get(I->getContext(), Tmp));
480
481     UsedICmps++;
482     return true;
483
484   }
485
486   /// gather - Given a potentially 'or'd or 'and'd together collection of icmp
487   /// eq/ne/lt/gt instructions that compare a value against a constant, extract
488   /// the value being compared, and stick the list constants into the Vals
489   /// vector.
490   /// One "Extra" case is allowed to differ from the other.
491   void gather(Value *V, const DataLayout *DL) {
492     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
493     bool isEQ = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
494
495     // Keep a stack (SmallVector for efficiency) for depth-first traversal
496     SmallVector<Value *, 8> DFT;
497
498     // Initialize
499     DFT.push_back(V);
500
501     while(!DFT.empty()) {
502       V = DFT.pop_back_val();
503
504       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
505         // If it is a || (or && depending on isEQ), process the operands.
506         if (I->getOpcode() == (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And)) {
507           DFT.push_back(I->getOperand(1));
508           DFT.push_back(I->getOperand(0));
509           continue;
510         }
511
512         // Try to match the current instruction
513         if (matchInstruction(I, DL, isEQ))
514           // Match succeed, continue the loop
515           continue;
516       }
517
518       // One element of the sequence of || (or &&) could not be match as a
519       // comparison against the same value as the others.
520       // We allow only one "Extra" case to be checked before the switch
521       if (!Extra) {
522         Extra = V;
523         continue;
524       }
525       // Failed to parse a proper sequence, abort now
526       CompValue = nullptr;
527       break;
528     }
529   }
530 };
531
532 }
533
534 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
535   Instruction *Cond = nullptr;
536   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
537     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
538   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
539     if (BI->isConditional())
540       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
541   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
542     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
543   }
544
545   TI->eraseFromParent();
546   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
547 }
548
549 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
550 /// to see if a value is equal to constant integer value.
551 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
552   Value *CV = nullptr;
553   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
554     // Do not permit merging of large switch instructions into their
555     // predecessors unless there is only one predecessor.
556     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
557                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
558       CV = SI->getCondition();
559   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
560     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
561       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
562         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
563           CV = ICI->getOperand(0);
564
565   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
566   if (DL && CV) {
567     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
568       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
569       if (PTII->getType() == DL->getIntPtrType(Ptr->getType()))
570         CV = Ptr;
571     }
572   }
573   return CV;
574 }
575
576 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
577 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
578 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
579 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
580                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
581                                                                        &Cases) {
582   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
583     Cases.reserve(SI->getNumCases());
584     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
585       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
586                                                   i.getCaseSuccessor()));
587     return SI->getDefaultDest();
588   }
589
590   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
591   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
592   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
593   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
594                                                              DL),
595                                               Succ));
596   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
597 }
598
599
600 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
601 /// in the list that match the specified block.
602 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
603                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
604   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
605 }
606
607 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
608 /// well.
609 static bool
610 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
611               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
612   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
613
614   // Make V1 be smaller than V2.
615   if (V1->size() > V2->size())
616     std::swap(V1, V2);
617
618   if (V1->size() == 0) return false;
619   if (V1->size() == 1) {
620     // Just scan V2.
621     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
622     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
623       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
624         return true;
625   }
626
627   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
628   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
629   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
630   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
631   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
632     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
633       return true;
634     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
635       ++i1;
636     else
637       ++i2;
638   }
639   return false;
640 }
641
642 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
643 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
644 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
645 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
646 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
647 /// form of jump threading.
648 bool SimplifyCFGOpt::
649 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
650                                               BasicBlock *Pred,
651                                               IRBuilder<> &Builder) {
652   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
653   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
654
655   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
656   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
657   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
658
659   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
660   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
661
662   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
663   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
664   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
665                                                         PredCases);
666   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
667
668   // Find information about how control leaves this block.
669   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
670   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
671   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
672
673   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
674   // simplify TI based on this knowledge.
675   if (PredDef == TI->getParent()) {
676     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
677     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
678     // can simplify TI.
679     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
680       return false;
681
682     if (isa<BranchInst>(TI)) {
683       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
684       // uncond br.
685       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
686       // Insert the new branch.
687       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
688       (void) NI;
689
690       // Remove PHI node entries for the dead edge.
691       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
692
693       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
694            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
695
696       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
697       return true;
698     }
699
700     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
701     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
702     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
703     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
704       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
705
706     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
707                  << "Through successor TI: " << *TI);
708
709     // Collect branch weights into a vector.
710     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
711     MDNode *MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
712     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
713     if (HasWeight)
714       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
715            ++MD_i) {
716         ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
717         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
718       }
719     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
720       --i;
721       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
722         if (HasWeight) {
723           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
724           Weights.pop_back();
725         }
726         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
727         SI->removeCase(i);
728       }
729     }
730     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
731       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
732                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
733                       createBranchWeights(Weights));
734
735     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
736     return true;
737   }
738
739   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
740   // which value (or set of values) this is.
741   ConstantInt *TIV = nullptr;
742   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
743   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
744     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
745       if (TIV)
746         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
747       TIV = PredCases[i].Value;
748     }
749   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
750
751   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
752   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
753   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
754   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
755     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
756       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
757       break;
758     }
759
760   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
761   if (!TheRealDest) TheRealDest = ThisDef;
762
763   // Remove PHI node entries for dead edges.
764   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
765   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
766     if (*SI != CheckEdge)
767       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
768     else
769       CheckEdge = nullptr;
770
771   // Insert the new branch.
772   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
773   (void) NI;
774
775   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
776             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
777
778   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
779   return true;
780 }
781
782 namespace {
783   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
784   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
785   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
786   struct ConstantIntOrdering {
787     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
788       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
789     }
790   };
791 }
792
793 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
794                                     ConstantInt *const *P2) {
795   const ConstantInt *LHS = *P1;
796   const ConstantInt *RHS = *P2;
797   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
798     return 1;
799   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
800     return 0;
801   return -1;
802 }
803
804 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
805   MDNode *ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
806   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
807     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
808       return MDS->getString().equals("branch_weights");
809
810   return false;
811 }
812
813 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
814 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
815 /// metadata.
816 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
817                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
818   MDNode *MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
819   assert(MD);
820   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
821     ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
822     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
823   }
824
825   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
826   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
827   // default weight to be the first entry.
828   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
829     assert(Weights.size() == 2);
830     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
831     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
832       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
833   }
834 }
835
836 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
837 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
838   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
839   if (Max > UINT_MAX) {
840     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
841     for (uint64_t &I : Weights)
842       I >>= Offset;
843   }
844 }
845
846 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
847 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
848 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
849 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
850 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
851                                                          IRBuilder<> &Builder) {
852   BasicBlock *BB = TI->getParent();
853   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
854   assert(CV && "Not a comparison?");
855   bool Changed = false;
856
857   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
858   while (!Preds.empty()) {
859     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
860
861     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
862     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
863     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
864
865     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
866       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
867       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
868       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
869
870       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
871       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
872
873       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
874       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
875       // build.
876       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
877
878       // Update the branch weight metadata along the way
879       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
880       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
881       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
882
883       if (PredHasWeights) {
884         GetBranchWeights(PTI, Weights);
885         // branch-weight metadata is inconsistent here.
886         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
887           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
888       } else if (SuccHasWeights)
889         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
890         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
891         // successor's weights
892         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
893
894       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
895       if (SuccHasWeights) {
896         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
897         // branch-weight metadata is inconsistent here.
898         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
899           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
900       } else if (PredHasWeights)
901         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
902
903       if (PredDefault == BB) {
904         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
905         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
906         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
907         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
908           if (PredCases[i].Dest != BB)
909             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
910           else {
911             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
912             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
913
914             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
915               // Increase weight for the default case.
916               Weights[0] += Weights[i+1];
917               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
918               Weights.pop_back();
919             }
920
921             PredCases.pop_back();
922             --i; --e;
923           }
924
925         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
926         if (PredDefault != BBDefault) {
927           PredDefault->removePredecessor(Pred);
928           PredDefault = BBDefault;
929           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
930         }
931
932         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
933         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
934         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
935           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
936               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
937             PredCases.push_back(BBCases[i]);
938             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
939             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
940               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
941               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
942               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
943               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
944               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
945             }
946           }
947
948         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
949           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
950           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
951           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
952             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
953           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
954           Weights[0] *= SuccWeights[0];
955         }
956       } else {
957         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
958         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
959         // activated.
960         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
961         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
962         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
963           if (PredCases[i].Dest == BB) {
964             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
965
966             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
967               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
968               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
969               Weights.pop_back();
970             }
971
972             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
973             PredCases.pop_back();
974             --i; --e;
975           }
976
977         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
978         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
979         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
980           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
981             // If this is one we are capable of getting...
982             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
983               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
984             PredCases.push_back(BBCases[i]);
985             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
986             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
987           }
988
989         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
990         // they must go to the default destination of TI.
991         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
992                                     PTIHandled.begin(),
993                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
994           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
995             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
996           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
997           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
998         }
999       }
1000
1001       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
1002       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
1003       // successors.
1004       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
1005         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
1006
1007       Builder.SetInsertPoint(PTI);
1008       // Convert pointer to int before we switch.
1009       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
1010         assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
1011         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL->getIntPtrType(CV->getType()),
1012                                     "magicptr");
1013       }
1014
1015       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
1016       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
1017                                                PredCases.size());
1018       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
1019       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
1020         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
1021
1022       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1023         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1024         FitWeights(Weights);
1025
1026         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1027
1028         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1029                            MDBuilder(BB->getContext()).
1030                            createBranchWeights(MDWeights));
1031       }
1032
1033       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1034
1035       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1036       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1037       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1038       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
1039       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1040         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1041           if (!InfLoopBlock) {
1042             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1043             // or it won't matter if it's hot. :)
1044             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1045                                               "infloop", BB->getParent());
1046             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1047           }
1048           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1049         }
1050
1051       Changed = true;
1052     }
1053   }
1054   return Changed;
1055 }
1056
1057 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1058 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1059 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1060 // to put the select in this case.
1061 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1062                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1063   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1064     PHINode *PN;
1065     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1066          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1067       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1068       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1069       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1070         return false;
1071       }
1072     }
1073   }
1074   return true;
1075 }
1076
1077 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
1078
1079 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1080 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1081 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1082 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1083   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1084   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1085   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1086   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1087   // identical order.
1088   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1089   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1090
1091   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1092   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1093
1094   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1095   // Skip debug info if it is not identical.
1096   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1097   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1098   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1099     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1100       I1 = BB1_Itr++;
1101     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1102       I2 = BB2_Itr++;
1103   }
1104   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1105       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1106     return false;
1107
1108   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1109
1110   bool Changed = false;
1111   do {
1112     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1113     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1114     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1115       goto HoistTerminator;
1116
1117     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1118     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1119     // the now redundant second instruction.
1120     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1121     if (!I2->use_empty())
1122       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1123     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1124     unsigned KnownIDs[] = {
1125       LLVMContext::MD_tbaa,
1126       LLVMContext::MD_range,
1127       LLVMContext::MD_fpmath,
1128       LLVMContext::MD_invariant_load,
1129       LLVMContext::MD_nonnull
1130     };
1131     combineMetadata(I1, I2, KnownIDs);
1132     I2->eraseFromParent();
1133     Changed = true;
1134
1135     I1 = BB1_Itr++;
1136     I2 = BB2_Itr++;
1137     // Skip debug info if it is not identical.
1138     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1139     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1140     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1141       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1142         I1 = BB1_Itr++;
1143       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1144         I2 = BB2_Itr++;
1145     }
1146   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1147
1148   return true;
1149
1150 HoistTerminator:
1151   // It may not be possible to hoist an invoke.
1152   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1153     return Changed;
1154
1155   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1156     PHINode *PN;
1157     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1158          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1159       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1160       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1161       if (BB1V == BB2V)
1162         continue;
1163
1164       // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
1165       // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
1166       if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, PN) ||
1167           passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, PN))
1168        return Changed;
1169
1170       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V, DL))
1171         return Changed;
1172       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V, DL))
1173         return Changed;
1174     }
1175   }
1176
1177   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1178   Instruction *NT = I1->clone();
1179   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1180   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1181     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1182     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1183     NT->takeName(I1);
1184   }
1185
1186   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1187   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1188   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1189   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1190   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1191   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1192   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1193     PHINode *PN;
1194     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1195          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1196       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1197       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1198       if (BB1V == BB2V) continue;
1199
1200       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1201       // that determines the right value.
1202       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1203       if (!SI)
1204         SI = cast<SelectInst>
1205           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1206                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1207
1208       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1209       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1210         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1211           PN->setIncomingValue(i, SI);
1212     }
1213   }
1214
1215   // Update any PHI nodes in our new successors.
1216   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1217     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1218
1219   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1220   return true;
1221 }
1222
1223 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1224 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1225 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1226 /// in the two predecessors to BBEnd.
1227 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1228   assert(BI1->isUnconditional());
1229   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1230   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1231
1232   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1233   // an unconditional branch.
1234   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1235   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1236   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1237     return false;
1238   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1239   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1240     return false;
1241   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1242   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1243   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1244     return false;
1245
1246   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1247   SmallDenseMap<std::pair<Value *, Value *>, PHINode *> JointValueMap;
1248   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
1249   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end(); I != E; ++I) {
1250     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1251       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1252       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1253       JointValueMap[std::make_pair(BB1V, BB2V)] = PN;
1254     } else {
1255       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1256       break;
1257     }
1258   }
1259   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1260     return false;
1261
1262   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1263   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1264   // instructions in an identical order.
1265   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1266                                              RE1 = BB1->getInstList().rend(),
1267                                              RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1268                                              RE2 = BB2->getInstList().rend();
1269   // Skip debug info.
1270   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1271   if (RI1 == RE1)
1272     return false;
1273   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1274   if (RI2 == RE2)
1275     return false;
1276   // Skip the unconditional branches.
1277   ++RI1;
1278   ++RI2;
1279
1280   bool Changed = false;
1281   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1282     // Skip debug info.
1283     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1284     if (RI1 == RE1)
1285       return Changed;
1286     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1287     if (RI2 == RE2)
1288       return Changed;
1289
1290     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1291     auto InstPair = std::make_pair(I1, I2);
1292     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1293     // perform the same operation.
1294     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1295     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1296         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1297         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1298         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1299         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1300         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1301         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1302         !JointValueMap.count(InstPair))
1303       return Changed;
1304
1305     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1306     // TODO: Add support of communativity.
1307     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1308     bool SwapOpnds = false;
1309     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1310         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1311         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1312         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1313          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1314       ICmp2->swapOperands();
1315       SwapOpnds = true;
1316     }
1317     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1318       if (SwapOpnds)
1319         ICmp2->swapOperands();
1320       return Changed;
1321     }
1322
1323     // The operands should be either the same or they need to be generated
1324     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1325     // a single pair of different operands.
1326     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
1327     unsigned Op1Idx = ~0U;
1328     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1329       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1330         continue;
1331       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or if
1332       // we need a PHI node to replace a constant.
1333       if (Op1Idx != ~0U ||
1334           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1335           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1336         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1337         if (SwapOpnds)
1338           ICmp2->swapOperands();
1339         return Changed;
1340       }
1341       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1342       Op1Idx = I;
1343       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1344     }
1345
1346     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n");
1347     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n");
1348
1349     // We insert the pair of different operands to JointValueMap and
1350     // remove (I1, I2) from JointValueMap.
1351     if (Op1Idx != ~0U) {
1352       auto &NewPN = JointValueMap[std::make_pair(DifferentOp1, DifferentOp2)];
1353       if (!NewPN) {
1354         NewPN =
1355             PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1356                             DifferentOp1->getName() + ".sink", BBEnd->begin());
1357         NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1358         NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1359         DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1360       }
1361       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1362       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1363     }
1364     PHINode *OldPN = JointValueMap[InstPair];
1365     JointValueMap.erase(InstPair);
1366
1367     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1368     // instruction in the basic block down.
1369     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1370     // Sink the instruction.
1371     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1372     if (!OldPN->use_empty())
1373       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1374     OldPN->eraseFromParent();
1375
1376     if (!I2->use_empty())
1377       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1378     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1379     // TODO: Use combineMetadata here to preserve what metadata we can
1380     // (analogous to the hoisting case above).
1381     I2->eraseFromParent();
1382
1383     if (UpdateRE1)
1384       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1385     if (UpdateRE2)
1386       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1387     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1388     NumSinkCommons++;
1389     Changed = true;
1390   }
1391   return Changed;
1392 }
1393
1394 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1395 /// conditional block.
1396 ///
1397 /// We are looking for code like the following:
1398 ///   BrBB:
1399 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1400 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1401 ///     ... // function).
1402 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1403 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1404 ///   ThenBB:
1405 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1406 ///     br label EndBB
1407 ///   EndBB:
1408 ///     ...
1409 ///   We are going to transform this into:
1410 ///   BrBB:
1411 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1412 ///     ... //
1413 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1414 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1415 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1416 ///     ...
1417 ///
1418 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1419 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1420 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1421                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1422   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1423   if (!StoreToHoist)
1424     return nullptr;
1425
1426   // Volatile or atomic.
1427   if (!StoreToHoist->isSimple())
1428     return nullptr;
1429
1430   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1431
1432   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1433   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1434   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1435        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1436     Instruction *CurI = &*RI;
1437
1438     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1439     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1440       return nullptr;
1441
1442     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1443     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1444     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1445       // Found the previous store, return its value operand.
1446       return SI->getValueOperand();
1447     else if (SI)
1448       return nullptr; // Unknown store.
1449   }
1450
1451   return nullptr;
1452 }
1453
1454 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1455 ///
1456 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1457 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1458 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1459 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1460 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1461 ///
1462 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1463 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1464 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1465 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1466 ///
1467 ///
1468 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1469 /// \code
1470 ///   BB:
1471 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1472 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1473 ///   ThenBB:
1474 ///     %sub = sub %x, %y
1475 ///     br label BB2
1476 ///   EndBB:
1477 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1478 ///     ...
1479 /// \endcode
1480 ///
1481 /// Into this IR:
1482 /// \code
1483 ///   BB:
1484 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1485 ///     %sub = sub %x, %y
1486 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1487 ///     ...
1488 /// \endcode
1489 ///
1490 /// \returns true if the conditional block is removed.
1491 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1492                                    const DataLayout *DL) {
1493   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1494   Value *BrCond = BI->getCondition();
1495   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1496     return false;
1497
1498   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1499   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1500
1501   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1502   // to swap the select operands later.
1503   bool Invert = false;
1504   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1505     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1506     Invert = true;
1507   }
1508   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1509
1510   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1511   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1512   // - They are defined in BB, and
1513   // - They have no side effects, and
1514   // - All of their uses are in CondBB.
1515   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1516
1517   unsigned SpeculationCost = 0;
1518   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1519   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1520   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1521                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1522        BBI != BBE; ++BBI) {
1523     Instruction *I = BBI;
1524     // Skip debug info.
1525     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1526       continue;
1527
1528     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1529     // terminator) for now.
1530     ++SpeculationCost;
1531     if (SpeculationCost > 1)
1532       return false;
1533
1534     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1535     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
1536         !(HoistCondStores &&
1537           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1538                                                          EndBB))))
1539       return false;
1540     if (!SpeculatedStoreValue &&
1541         ComputeSpeculationCost(I, DL) > PHINodeFoldingThreshold)
1542       return false;
1543
1544     // Store the store speculation candidate.
1545     if (SpeculatedStoreValue)
1546       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1547
1548     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1549     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1550     // being sunk into the use block.
1551     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1552          i != e; ++i) {
1553       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1554       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1555           OpI->mayHaveSideEffects())
1556         continue; // Not a candidate for sinking.
1557
1558       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1559     }
1560   }
1561
1562   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1563   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1564   // and so iteration order isn't significant.
1565   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1566            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1567        I != E; ++I)
1568     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1569       ++SpeculationCost;
1570       if (SpeculationCost > 1)
1571         return false;
1572     }
1573
1574   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1575   bool HaveRewritablePHIs = false;
1576   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1577        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1578     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1579     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1580
1581     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1582     // Skip PHIs which are trivial.
1583     if (ThenV == OrigV)
1584       continue;
1585
1586     // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
1587     if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, PN) ||
1588         passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, PN))
1589       return false;
1590
1591     HaveRewritablePHIs = true;
1592     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1593     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1594     if (!OrigCE && !ThenCE)
1595       continue; // Known safe and cheap.
1596
1597     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE, DL)) ||
1598         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE, DL)))
1599       return false;
1600     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, DL) : 0;
1601     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, DL) : 0;
1602     if (OrigCost + ThenCost > 2 * PHINodeFoldingThreshold)
1603       return false;
1604
1605     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1606     // getting expanded into Instructions.
1607     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1608     // constant expression.
1609     ++SpeculationCost;
1610     if (SpeculationCost > 1)
1611       return false;
1612   }
1613
1614   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1615   // as well.
1616   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1617     return false;
1618
1619   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1620   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1621
1622   // Insert a select of the value of the speculated store.
1623   if (SpeculatedStoreValue) {
1624     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1625     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1626     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1627     if (Invert)
1628       std::swap(TrueV, FalseV);
1629     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1630                                     "." + FalseV->getName());
1631     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1632   }
1633
1634   // Hoist the instructions.
1635   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1636                            std::prev(ThenBB->end()));
1637
1638   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1639   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1640   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1641        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1642     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1643     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1644     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1645     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1646
1647     // Skip PHIs which are trivial.
1648     if (OrigV == ThenV)
1649       continue;
1650
1651     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1652     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1653     // destinations were inverted.
1654     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1655     if (Invert)
1656       std::swap(TrueV, FalseV);
1657     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1658                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1659     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1660     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1661   }
1662
1663   ++NumSpeculations;
1664   return true;
1665 }
1666
1667 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1668 /// attribute.
1669 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1670   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1671     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1672     if (!CI)
1673       continue;
1674     if (CI->cannotDuplicate())
1675       return true;
1676   }
1677   return false;
1678 }
1679
1680 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1681 /// across this block.
1682 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1683   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1684   unsigned Size = 0;
1685
1686   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1687     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1688       continue;
1689     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1690     ++Size;
1691
1692     // We can only support instructions that do not define values that are
1693     // live outside of the current basic block.
1694     for (User *U : BBI->users()) {
1695       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1696       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1697     }
1698
1699     // Looks ok, continue checking.
1700   }
1701
1702   return true;
1703 }
1704
1705 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1706 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1707 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1708 /// ultimate destination.
1709 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1710   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1711   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1712   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1713   // outside of the block.
1714   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1715     return false;
1716
1717   // Degenerate case of a single entry PHI.
1718   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1719     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1720     return true;
1721   }
1722
1723   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1724   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1725
1726   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1727
1728   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1729   // constants.
1730   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1731     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1732     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1733
1734     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1735     // branch to RealDest.
1736     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1737     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1738
1739     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1740     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1741     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1742
1743     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1744     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1745     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1746     // the edge we are about to create.
1747     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1748                                             RealDest->getName()+".critedge",
1749                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1750     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1751
1752     // Update PHI nodes.
1753     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1754
1755     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1756     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1757     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1758     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1759     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1760     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1761       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1762         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1763         continue;
1764       }
1765       // Clone the instruction.
1766       Instruction *N = BBI->clone();
1767       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1768
1769       // Update operands due to translation.
1770       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1771            i != e; ++i) {
1772         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1773         if (PI != TranslateMap.end())
1774           *i = PI->second;
1775       }
1776
1777       // Check for trivial simplification.
1778       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1779         TranslateMap[BBI] = V;
1780         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1781       } else {
1782         // Insert the new instruction into its new home.
1783         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1784         if (!BBI->use_empty())
1785           TranslateMap[BBI] = N;
1786       }
1787     }
1788
1789     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1790     // to EdgeBB instead.
1791     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1792     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1793       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1794         BB->removePredecessor(PredBB);
1795         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1796       }
1797
1798     // Recurse, simplifying any other constants.
1799     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1800   }
1801
1802   return false;
1803 }
1804
1805 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1806 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1807 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *DL) {
1808   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1809   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1810   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1811   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1812   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1813   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1814   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1815   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1816   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1817   if (!IfCond ||
1818       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1819       isa<ConstantInt>(IfCond))
1820     return false;
1821
1822   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1823   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1824   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1825   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1826   // fewer PHI nodes in this block.
1827   unsigned NumPhis = 0;
1828   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1829     if (NumPhis > 2)
1830       return false;
1831
1832   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1833   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1834   // that need to be moved to the dominating block.
1835   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1836   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1837            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1838
1839   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1840     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1841     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1842       PN->replaceAllUsesWith(V);
1843       PN->eraseFromParent();
1844       continue;
1845     }
1846
1847     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1848                              MaxCostVal0, DL) ||
1849         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1850                              MaxCostVal1, DL))
1851       return false;
1852   }
1853
1854   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1855   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1856   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1857   if (!PN) return true;
1858
1859   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1860   // often be turned into switches and other things.
1861   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1862       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1863        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1864        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1865     return false;
1866
1867   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1868   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1869   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1870   // worth promoting to select instructions.
1871   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
1872   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1873   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1874   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1875     IfBlock1 = nullptr;
1876   } else {
1877     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1878     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1879       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1880         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1881         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1882         // flow, so the xform is not worth it.
1883         return false;
1884       }
1885   }
1886
1887   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1888     IfBlock2 = nullptr;
1889   } else {
1890     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1891     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1892       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1893         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1894         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1895         // flow, so the xform is not worth it.
1896         return false;
1897       }
1898   }
1899
1900   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1901                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1902
1903   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1904   // do all of the PHI's now.
1905   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1906   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1907
1908   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1909   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1910   if (IfBlock1)
1911     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1912                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1913                                    IfBlock1->getTerminator());
1914   if (IfBlock2)
1915     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1916                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1917                                    IfBlock2->getTerminator());
1918
1919   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1920     // Change the PHI node into a select instruction.
1921     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1922     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1923
1924     SelectInst *NV =
1925       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1926     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1927     NV->takeName(PN);
1928     PN->eraseFromParent();
1929   }
1930
1931   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1932   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1933   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1934   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1935   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1936   Builder.CreateBr(BB);
1937   OldTI->eraseFromParent();
1938   return true;
1939 }
1940
1941 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1942 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1943 /// introducing a select if the return values disagree.
1944 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1945                                            IRBuilder<> &Builder) {
1946   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1947   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1948   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1949   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1950   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1951
1952   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1953   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1954   // computation on one path or the other.
1955   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1956     return false;
1957   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1958     return false;
1959
1960   Builder.SetInsertPoint(BI);
1961   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1962   // there is no return value for this function, just change the
1963   // branch into a return.
1964   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1965     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1966     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1967     Builder.CreateRetVoid();
1968     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1969     return true;
1970   }
1971
1972   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1973   // so we can insert a new select instruction.
1974   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1975   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1976
1977   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1978   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1979     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1980       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1981   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1982     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1983       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1984
1985   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1986   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1987   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1988   // constant expression that prevents this transformation from being
1989   // safe.
1990   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1991     if (TCV->canTrap())
1992       return false;
1993   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1994     if (FCV->canTrap())
1995       return false;
1996
1997   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1998   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1999   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
2000   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
2001
2002   // Insert select instructions where needed.
2003   Value *BrCond = BI->getCondition();
2004   if (TrueValue) {
2005     // Insert a select if the results differ.
2006     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
2007     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
2008       TrueValue = FalseValue;
2009     } else {
2010       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
2011                                        FalseValue, "retval");
2012     }
2013   }
2014
2015   Value *RI = !TrueValue ?
2016     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
2017
2018   (void) RI;
2019
2020   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
2021                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
2022                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
2023
2024   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2025
2026   return true;
2027 }
2028
2029 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
2030 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
2031 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
2032 /// found.
2033 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
2034                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
2035   assert(BI->isConditional() &&
2036          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
2037   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
2038   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
2039   ConstantInt *CITrue =
2040       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
2041   ConstantInt *CIFalse =
2042       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
2043   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
2044   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
2045   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
2046   return true;
2047 }
2048
2049 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
2050 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
2051 ///
2052 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
2053   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
2054     return false;
2055   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
2056     Instruction *PBI = &*I;
2057     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
2058     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
2059       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
2060       Inst->eraseFromParent();
2061       return true;
2062     }
2063   }
2064   return false;
2065 }
2066
2067 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
2068 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
2069 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
2070 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2071                                   unsigned BonusInstThreshold) {
2072   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2073
2074   Instruction *Cond = nullptr;
2075   if (BI->isConditional())
2076     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2077   else {
2078     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2079     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2080     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2081     // predecessor.
2082     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2083       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2084         if (PBI->isConditional() &&
2085             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2086              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2087           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2088                I != E; ) {
2089             Instruction *Curr = I++;
2090             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2091               Cond = Curr;
2092               break;
2093             }
2094             // Quit if we can't remove this instruction.
2095             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2096               return false;
2097           }
2098         }
2099
2100     if (!Cond)
2101       return false;
2102   }
2103
2104   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2105       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2106   return false;
2107
2108   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2109   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2110
2111   // Ignore dbg intrinsics.
2112   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2113
2114   if (&*CondIt != BI)
2115     return false;
2116
2117   // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
2118   // too many instructions and these involved instructions can be executed
2119   // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
2120   // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
2121   // number of the bonus instructions does not exceed a certain threshold.
2122   unsigned NumBonusInsts = 0;
2123   for (auto I = BB->begin(); Cond != I; ++I) {
2124     // Ignore dbg intrinsics.
2125     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2126       continue;
2127     if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
2128       return false;
2129     // I has only one use and can be executed unconditionally.
2130     Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
2131     if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
2132       return false;
2133     // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
2134     // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
2135     // and Cond.
2136     ++NumBonusInsts;
2137     // Early exits once we reach the limit.
2138     if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
2139       return false;
2140   }
2141
2142   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2143   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2144   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2145     if (CE->canTrap())
2146       return false;
2147   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2148     if (CE->canTrap())
2149       return false;
2150
2151   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2152   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2153   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2154   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2155     return false;
2156
2157   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2158     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2159     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2160
2161     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2162     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2163     // blocks.
2164     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2165     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2166         (BI->isConditional() &&
2167          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2168         (!BI->isConditional() &&
2169          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2170       continue;
2171
2172     // Determine if the two branches share a common destination.
2173     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2174     bool InvertPredCond = false;
2175
2176     if (BI->isConditional()) {
2177       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2178         Opc = Instruction::Or;
2179       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2180         Opc = Instruction::And;
2181       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2182         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2183       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2184         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2185       else
2186         continue;
2187     } else {
2188       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2189         continue;
2190     }
2191
2192     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2193     IRBuilder<> Builder(PBI);
2194
2195     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2196     if (InvertPredCond) {
2197       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2198
2199       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2200         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2201         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2202       } else {
2203         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2204                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2205       }
2206
2207       PBI->setCondition(NewCond);
2208       PBI->swapSuccessors();
2209     }
2210
2211     // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
2212     // Note that there may be mutliple predecessor blocks, so we cannot move
2213     // bonus instructions to a predecessor block.
2214     ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
2215     // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
2216     // every instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
2217     // instructions.
2218     for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != BonusInst; ++BonusInst) {
2219       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
2220         continue;
2221       Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
2222       RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
2223                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2224       VMap[BonusInst] = NewBonusInst;
2225
2226       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2227       // its potential value. The previous information might have been valid
2228       // only given the branch precondition.
2229       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2230       // semantics we don't understand.
2231       NewBonusInst->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
2232
2233       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonusInst);
2234       NewBonusInst->takeName(BonusInst);
2235       BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
2236     }
2237
2238     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2239     // two conditions together.
2240     Instruction *New = Cond->clone();
2241     RemapInstruction(New, VMap,
2242                      RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2243     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2244     New->takeName(Cond);
2245     Cond->setName(New->getName() + ".old");
2246
2247     if (BI->isConditional()) {
2248       Instruction *NewCond =
2249         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2250                                             New, "or.cond"));
2251       PBI->setCondition(NewCond);
2252
2253       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2254       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2255                                                   PredFalseWeight);
2256       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2257                                                   SuccFalseWeight);
2258       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2259
2260       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2261         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2262           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2263           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2264           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2265           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2266           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2267           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2268           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2269           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2270           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2271                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2272         }
2273         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2274         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2275       }
2276       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2277         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2278           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2279           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2280           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2281           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2282           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2283               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2284           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2285           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2286         }
2287         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2288         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2289       }
2290       if (NewWeights.size() == 2) {
2291         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2292         FitWeights(NewWeights);
2293
2294         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2295         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2296                          MDBuilder(BI->getContext()).
2297                          createBranchWeights(MDWeights));
2298       } else
2299         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2300     } else {
2301       // Update PHI nodes in the common successors.
2302       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2303         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2304           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2305         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2306         Instruction *MergedCond = nullptr;
2307         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2308           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2309           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2310           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2311           Instruction *NotCond =
2312             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2313                                 "not.cond"));
2314           MergedCond =
2315             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2316                                 NotCond, New,
2317                                 "and.cond"));
2318           if (PBI_C->isOne())
2319             MergedCond =
2320               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2321                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2322                                   "or.cond"));
2323         } else {
2324           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2325           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2326           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2327           MergedCond =
2328             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2329                                 PBI->getCondition(), New,
2330                                 "and.cond"));
2331           if (PBI_C->isOne()) {
2332             Instruction *NotCond =
2333               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2334                                   "not.cond"));
2335             MergedCond =
2336               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2337                                   NotCond, MergedCond,
2338                                   "or.cond"));
2339           }
2340         }
2341         // Update PHI Node.
2342         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2343                                   MergedCond);
2344       }
2345       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2346       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2347       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2348       PBI = New_PBI;
2349     }
2350
2351     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2352     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2353
2354     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2355     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2356       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2357         I->clone()->insertBefore(PBI);
2358
2359     return true;
2360   }
2361   return false;
2362 }
2363
2364 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2365 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2366 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2367 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2368 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2369   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2370   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2371
2372   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2373   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2374   // this conditional branch redundant.
2375   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2376       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2377     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2378     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2379     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2380       // Turn this into a branch on constant.
2381       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2382       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2383                                         CondIsTrue));
2384       return true;  // Nuke the branch on constant.
2385     }
2386
2387     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2388     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2389     // simplifycfg will thread the block.
2390     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2391       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2392       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2393                                        std::distance(PB, PE),
2394                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2395                                        BB->begin());
2396       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2397       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2398       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2399       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2400         BasicBlock *P = *PI;
2401         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2402             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2403             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2404             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2405           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2406           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2407                                               CondIsTrue), P);
2408         } else {
2409           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2410         }
2411       }
2412
2413       BI->setCondition(NewPN);
2414       return true;
2415     }
2416   }
2417
2418   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2419   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
2420   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2421   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2422   // Ignore dbg intrinsics.
2423   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2424     ++BBI;
2425   if (&*BBI != BI)
2426     return false;
2427
2428
2429   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2430     if (CE->canTrap())
2431       return false;
2432
2433   int PBIOp, BIOp;
2434   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2435     PBIOp = BIOp = 0;
2436   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2437     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2438   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2439     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2440   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2441     PBIOp = BIOp = 1;
2442   else
2443     return false;
2444
2445   // Check to make sure that the other destination of this branch
2446   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2447   // keep getting unwound.
2448   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2449     return false;
2450
2451   // Do not perform this transformation if it would require
2452   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2453   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2454
2455   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
2456   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
2457   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
2458
2459   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2460   unsigned NumPhis = 0;
2461   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2462        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis) {
2463     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2464       return false;
2465
2466     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
2467     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2468     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
2469       if (CE->canTrap())
2470         return false;
2471
2472     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2473     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2474     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
2475       if (CE->canTrap())
2476         return false;
2477   }
2478
2479   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2480   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2481
2482   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2483                << "AND: " << *BI->getParent());
2484
2485
2486   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2487   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2488   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2489   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2490   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2491   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2492   // infinite loop with no cond branch.
2493   if (OtherDest == BB) {
2494     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2495     // or it won't matter if it's hot. :)
2496     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2497                                                   "infloop", BB->getParent());
2498     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2499     OtherDest = InfLoopBlock;
2500   }
2501
2502   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2503
2504   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2505   // it alone, but modify PBI.
2506
2507   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2508   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2509   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2510   if (PBIOp)
2511     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2512
2513   Value *BICond = BI->getCondition();
2514   if (BIOp)
2515     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2516
2517   // Merge the conditions.
2518   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2519
2520   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2521   PBI->setCondition(Cond);
2522   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2523   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2524
2525   // Update branch weight for PBI.
2526   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2527   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2528                                               PredFalseWeight);
2529   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2530                                               SuccFalseWeight);
2531   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2532     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2533     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2534     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2535     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2536     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2537     //                                    PredOther * SuccCommon.
2538     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2539     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2540     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2541                          PredOther * SuccCommon);
2542     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2543     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2544     FitWeights(NewWeights);
2545
2546     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2547     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2548                      MDBuilder(BI->getContext()).
2549                      createBranchWeights(MDWeights));
2550   }
2551
2552   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2553   // block that are identical to the entries for BI's block.
2554   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2555
2556   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2557   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2558   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2559   // them agree.
2560   PHINode *PN;
2561   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2562        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2563     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2564     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2565     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2566     if (BIV != PBIV) {
2567       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2568       Value *NV = cast<SelectInst>
2569         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2570       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2571     }
2572   }
2573
2574   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2575   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2576
2577   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2578   // one fewer predecessor.
2579   return true;
2580 }
2581
2582 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2583 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2584 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2585 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2586 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2587 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2588                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2589                                        uint32_t TrueWeight,
2590                                        uint32_t FalseWeight){
2591   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2592   // First, figure out which successors to preserve.
2593   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2594   // successor.
2595   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2596   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
2597
2598   // Then remove the rest.
2599   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2600     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2601     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2602     if (Succ == KeepEdge1)
2603       KeepEdge1 = nullptr;
2604     else if (Succ == KeepEdge2)
2605       KeepEdge2 = nullptr;
2606     else
2607       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2608   }
2609
2610   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2611   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2612
2613   // Insert an appropriate new terminator.
2614   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
2615     if (TrueBB == FalseBB)
2616       // We were only looking for one successor, and it was present.
2617       // Create an unconditional branch to it.
2618       Builder.CreateBr(TrueBB);
2619     else {
2620       // We found both of the successors we were looking for.
2621       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2622       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2623       if (TrueWeight != FalseWeight)
2624         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2625                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2626                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2627     }
2628   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2629     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2630     // terminator must be unreachable.
2631     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2632   } else {
2633     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2634     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2635     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2636     if (!KeepEdge1)
2637       // Only TrueBB was found.
2638       Builder.CreateBr(TrueBB);
2639     else
2640       // Only FalseBB was found.
2641       Builder.CreateBr(FalseBB);
2642   }
2643
2644   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2645   return true;
2646 }
2647
2648 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2649 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2650 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2651 // unconditional otherwise.
2652 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2653   // Check for constant integer values in the select.
2654   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2655   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2656   if (!TrueVal || !FalseVal)
2657     return false;
2658
2659   // Find the relevant condition and destinations.
2660   Value *Condition = Select->getCondition();
2661   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2662   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2663
2664   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2665   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2666   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2667   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2668   if (HasWeights) {
2669     GetBranchWeights(SI, Weights);
2670     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2671       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2672                                      getSuccessorIndex()];
2673       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2674                                       getSuccessorIndex()];
2675     }
2676   }
2677
2678   // Perform the actual simplification.
2679   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2680                                     TrueWeight, FalseWeight);
2681 }
2682
2683 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2684 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2685 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2686 // with
2687 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2688 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2689   // Check that both operands of the select are block addresses.
2690   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2691   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2692   if (!TBA || !FBA)
2693     return false;
2694
2695   // Extract the actual blocks.
2696   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2697   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2698
2699   // Perform the actual simplification.
2700   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2701                                     0, 0);
2702 }
2703
2704 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2705 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2706 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2707 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2708 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2709 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2710 /// like:
2711 ///
2712 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2713 /// DEFAULT:
2714 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2715 ///   br label %end
2716 /// end:
2717 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2718 ///
2719 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2720 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2721 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2722     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2723     unsigned BonusInstThreshold, const DataLayout *DL, AssumptionCache *AC) {
2724   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2725
2726   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2727   // complex.
2728   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2729
2730   Value *V = ICI->getOperand(0);
2731   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2732
2733   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2734   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2735   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2736   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2737   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2738
2739   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2740   if (SI->getCondition() != V)
2741     return false;
2742
2743   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2744   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2745   // away.
2746   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2747     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2748     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2749     ICI->setOperand(0, VVal);
2750
2751     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
2752       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2753       ICI->eraseFromParent();
2754     }
2755     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2756     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
2757   }
2758
2759   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2760   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2761   // and zap it.
2762   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2763     Value *V;
2764     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2765       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2766     else
2767       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2768
2769     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2770     ICI->eraseFromParent();
2771     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2772     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
2773   }
2774
2775   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2776   // the block.
2777   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2778   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
2779   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2780       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2781     return false;
2782
2783   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2784   // true in the PHI.
2785   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2786   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2787
2788   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2789     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2790
2791   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2792   // false depending on if it is EQ or NE.
2793   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2794   ICI->eraseFromParent();
2795
2796   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2797   // the switch to the merge point on the compared value.
2798   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2799                                          BB->getParent(), BB);
2800   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2801   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2802   if (HasWeights) {
2803     GetBranchWeights(SI, Weights);
2804     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2805       // Split weight for default case to case for "Cst".
2806       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2807       Weights.push_back(Weights[0]);
2808
2809       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2810       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2811                       MDBuilder(SI->getContext()).
2812                       createBranchWeights(MDWeights));
2813     }
2814   }
2815   SI->addCase(Cst, NewBB);
2816
2817   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2818   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2819   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2820   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2821   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2822   return true;
2823 }
2824
2825 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2826 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2827 /// fold it into a switch instruction if so.
2828 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2829                                       IRBuilder<> &Builder) {
2830   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2831   if (!Cond) return false;
2832
2833   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2834   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2835   // 'setne's and'ed together, collect them.
2836
2837   // Try to gather values from a chain of and/or to be turned into a switch
2838   ConstantComparesGatherer ConstantCompare(Cond, DL);
2839   // Unpack the result
2840   SmallVectorImpl<ConstantInt*> &Values = ConstantCompare.Vals;
2841   Value *CompVal = ConstantCompare.CompValue;
2842   unsigned UsedICmps = ConstantCompare.UsedICmps;
2843   Value *ExtraCase = ConstantCompare.Extra;
2844
2845   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2846   if (!CompVal) return false;
2847
2848   // Avoid turning single icmps into a switch.
2849   if (UsedICmps <= 1)
2850     return false;
2851
2852   bool TrueWhenEqual = (Cond->getOpcode() == Instruction::Or);
2853
2854   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2855   // instruction can't handle, remove them now.
2856   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2857   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2858
2859   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2860   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2861   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2862
2863   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2864   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2865
2866   // Figure out which block is which destination.
2867   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2868   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2869   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2870
2871   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2872
2873   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2874                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2875
2876   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2877   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2878   // right before the condbr to handle it.
2879   if (ExtraCase) {
2880     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2881     // Remove the uncond branch added to the old block.
2882     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2883     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2884
2885     if (TrueWhenEqual)
2886       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2887     else
2888       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2889
2890     OldTI->eraseFromParent();
2891
2892     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2893     // for the edge we just added.
2894     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2895
2896     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2897           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2898     BB = NewBB;
2899   }
2900
2901   Builder.SetInsertPoint(BI);
2902   // Convert pointer to int before we switch.
2903   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2904     assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2905     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2906                                      DL->getIntPtrType(CompVal->getType()),
2907                                      "magicptr");
2908   }
2909
2910   // Create the new switch instruction now.
2911   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2912
2913   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2914   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2915     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2916
2917   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2918   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2919   // the number of edges added.
2920   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2921        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2922     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2923     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2924     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2925       PN->addIncoming(InVal, BB);
2926   }
2927
2928   // Erase the old branch instruction.
2929   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2930
2931   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2932   return true;
2933 }
2934
2935 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2936   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2937   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2938   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2939   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2940   if (RI->getValue() != LPInst)
2941     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2942     // caused control to branch here.
2943     return false;
2944
2945   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2946   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2947   while (++I != E)
2948     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2949       return false;
2950
2951   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2952   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2953     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2954     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2955     // Insert a call instruction before the invoke.
2956     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2957     Call->takeName(II);
2958     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2959     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2960     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2961
2962     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2963     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2964     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2965     // updated.
2966     II->replaceAllUsesWith(Call);
2967     BB->removePredecessor(II->getParent());
2968
2969     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2970     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2971
2972     // Finally, delete the invoke instruction!
2973     II->eraseFromParent();
2974   }
2975
2976   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2977   BB->eraseFromParent();
2978   return true;
2979 }
2980
2981 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2982   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2983   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2984
2985   // Find predecessors that end with branches.
2986   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2987   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2988   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2989     BasicBlock *P = *PI;
2990     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2991     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2992       if (BI->isUnconditional())
2993         UncondBranchPreds.push_back(P);
2994       else
2995         CondBranchPreds.push_back(BI);
2996     }
2997   }
2998
2999   // If we found some, do the transformation!
3000   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
3001     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
3002       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
3003       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
3004             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
3005       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
3006     }
3007
3008     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
3009     if (pred_empty(BB))
3010       // We know there are no successors, so just nuke the block.
3011       BB->eraseFromParent();
3012
3013     return true;
3014   }
3015
3016   // Check out all of the conditional branches going to this return
3017   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
3018   // branch itself into a select/return pair.
3019   while (!CondBranchPreds.empty()) {
3020     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
3021
3022     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
3023     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
3024         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
3025         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
3026       return true;
3027   }
3028   return false;
3029 }
3030
3031 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
3032   BasicBlock *BB = UI->getParent();
3033
3034   bool Changed = false;
3035
3036   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
3037   // be removed, do so.
3038   while (UI != BB->begin()) {
3039     BasicBlock::iterator BBI = UI;
3040     --BBI;
3041     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
3042     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
3043     // operations may have this effect.
3044     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
3045
3046     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3047       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3048         if (SI->isVolatile())
3049           break;
3050       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3051         if (LI->isVolatile())
3052           break;
3053       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3054         if (RMWI->isVolatile())
3055           break;
3056       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3057         if (CXI->isVolatile())
3058           break;
3059       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3060                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3061         break;
3062       }
3063       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3064       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3065       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3066       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3067     }
3068
3069     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3070     if (!BBI->use_empty())
3071       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3072     BBI->eraseFromParent();
3073     Changed = true;
3074   }
3075
3076   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3077   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3078   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3079
3080   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3081   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3082     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3083     IRBuilder<> Builder(TI);
3084     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3085       if (BI->isUnconditional()) {
3086         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3087           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3088           TI->eraseFromParent();
3089           Changed = true;
3090         }
3091       } else {
3092         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3093           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3094           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3095         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3096           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3097           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3098           Changed = true;
3099         }
3100       }
3101     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3102       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3103            i != e; ++i)
3104         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3105           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3106           SI->removeCase(i);
3107           --i; --e;
3108           Changed = true;
3109         }
3110     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3111       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3112         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3113         // place to note that the call does not throw though.
3114         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3115         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3116
3117         // Insert the call now...
3118         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3119         Builder.SetInsertPoint(BI);
3120         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3121                                           Args, II->getName());
3122         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3123         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3124         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3125         II->replaceAllUsesWith(CI);
3126         delete II;
3127         Changed = true;
3128       }
3129     }
3130   }
3131
3132   // If this block is now dead, remove it.
3133   if (pred_empty(BB) &&
3134       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3135     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3136     BB->eraseFromParent();
3137     return true;
3138   }
3139
3140   return Changed;
3141 }
3142
3143 static bool CasesAreContiguous(SmallVectorImpl<ConstantInt *> &Cases) {
3144   assert(Cases.size() >= 1);
3145
3146   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3147   for (size_t I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3148     if (Cases[I - 1]->getValue() != Cases[I]->getValue() + 1)
3149       return false;
3150   }
3151   return true;
3152 }
3153
3154 /// Turn a switch with two reachable destinations into an integer range
3155 /// comparison and branch.
3156 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3157   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3158
3159   bool HasDefault =
3160       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
3161
3162   // Partition the cases into two sets with different destinations.
3163   BasicBlock *DestA = HasDefault ? SI->getDefaultDest() : nullptr;
3164   BasicBlock *DestB = nullptr;
3165   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesA;
3166   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesB;
3167
3168   for (SwitchInst::CaseIt I : SI->cases()) {
3169     BasicBlock *Dest = I.getCaseSuccessor();
3170     if (!DestA) DestA = Dest;
3171     if (Dest == DestA) {
3172       CasesA.push_back(I.getCaseValue());
3173       continue;
3174     }
3175     if (!DestB) DestB = Dest;
3176     if (Dest == DestB) {
3177       CasesB.push_back(I.getCaseValue());
3178       continue;
3179     }
3180     return false;  // More than two destinations.
3181   }
3182
3183   assert(DestA && DestB && "Single-destination switch should have been folded.");
3184   assert(DestA != DestB);
3185   assert(DestB != SI->getDefaultDest());
3186   assert(!CasesB.empty() && "There must be non-default cases.");
3187   assert(!CasesA.empty() || HasDefault);
3188
3189   // Figure out if one of the sets of cases form a contiguous range.
3190   SmallVectorImpl<ConstantInt *> *ContiguousCases = nullptr;
3191   BasicBlock *ContiguousDest = nullptr;
3192   BasicBlock *OtherDest = nullptr;
3193   if (!CasesA.empty() && CasesAreContiguous(CasesA)) {
3194     ContiguousCases = &CasesA;
3195     ContiguousDest = DestA;
3196     OtherDest = DestB;
3197   } else if (CasesAreContiguous(CasesB)) {
3198     ContiguousCases = &CasesB;
3199     ContiguousDest = DestB;
3200     OtherDest = DestA;
3201   } else
3202     return false;
3203
3204   // Start building the compare and branch.
3205
3206   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(ContiguousCases->back());
3207   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), ContiguousCases->size());
3208
3209   Value *Sub = SI->getCondition();
3210   if (!Offset->isNullValue())
3211     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName() + ".off");
3212
3213   Value *Cmp;
3214   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3215   if (NumCases->isNullValue() && !ContiguousCases->empty())
3216     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3217   else
3218     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3219   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cmp, ContiguousDest, OtherDest);
3220
3221   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3222   if (HasBranchWeights(SI)) {
3223     SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3224     GetBranchWeights(SI, Weights);
3225     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3226       uint64_t TrueWeight = 0;
3227       uint64_t FalseWeight = 0;
3228       for (size_t I = 0, E = Weights.size(); I != E; ++I) {
3229         if (SI->getSuccessor(I) == ContiguousDest)
3230           TrueWeight += Weights[I];
3231         else
3232           FalseWeight += Weights[I];
3233       }
3234       while (TrueWeight > UINT32_MAX || FalseWeight > UINT32_MAX) {
3235         TrueWeight /= 2;
3236         FalseWeight /= 2;
3237       }
3238       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3239                          MDBuilder(SI->getContext()).createBranchWeights(
3240                              (uint32_t)TrueWeight, (uint32_t)FalseWeight));
3241     }
3242   }
3243
3244   // Prune obsolete incoming values off the successors' PHI nodes.
3245   for (auto BBI = ContiguousDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3246     unsigned PreviousEdges = ContiguousCases->size();
3247     if (ContiguousDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3248     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3249       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3250   }
3251   for (auto BBI = OtherDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3252     unsigned PreviousEdges = SI->getNumCases() - ContiguousCases->size();
3253     if (OtherDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3254     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3255       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3256   }
3257
3258   // Drop the switch.
3259   SI->eraseFromParent();
3260
3261   return true;
3262 }
3263
3264 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3265 /// and use it to remove dead cases.
3266 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, const DataLayout *DL,
3267                                      AssumptionCache *AC) {
3268   Value *Cond = SI->getCondition();
3269   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3270   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3271   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AC, SI);
3272
3273   // Gather dead cases.
3274   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3275   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3276     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3277         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3278       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3279       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3280                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3281     }
3282   }
3283
3284   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3285   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3286   if (HasWeight) {
3287     GetBranchWeights(SI, Weights);
3288     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3289   }
3290
3291   // Remove dead cases from the switch.
3292   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3293     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3294     assert(Case != SI->case_default() &&
3295            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3296     if (HasWeight) {
3297       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3298       Weights.pop_back();
3299     }
3300
3301     // Prune unused values from PHI nodes.
3302     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3303     SI->removeCase(Case);
3304   }
3305   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3306     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3307     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3308                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3309                     createBranchWeights(MDWeights));
3310   }
3311
3312   return !DeadCases.empty();
3313 }
3314
3315 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3316 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3317 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3318 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3319 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3320 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3321                                               BasicBlock *BB,
3322                                               int *PhiIndex) {
3323   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3324     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3325   if (!BB->getSinglePredecessor())
3326     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
3327
3328   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3329   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3330     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
3331
3332   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3333
3334   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3335   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3336     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3337     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3338
3339     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3340     if (InValue != CaseValue) continue;
3341
3342     *PhiIndex = Idx;
3343     return PHI;
3344   }
3345
3346   return nullptr;
3347 }
3348
3349 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3350 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3351 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3352 /// Returns true if a change is made.
3353 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3354   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3355   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3356
3357   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3358     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3359     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3360
3361     int PhiIndex;
3362     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3363                                                  &PhiIndex);
3364     if (!PHI) continue;
3365
3366     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3367   }
3368
3369   bool Changed = false;
3370
3371   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3372        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3373     PHINode *Phi = I->first;
3374     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3375
3376     if (Indexes.size() < 2) continue;
3377
3378     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3379       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3380     Changed = true;
3381   }
3382
3383   return Changed;
3384 }
3385
3386 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3387 /// initializing an array of constants like C.
3388 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3389   if (C->isThreadDependent())
3390     return false;
3391   if (C->isDLLImportDependent())
3392     return false;
3393
3394   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3395     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3396
3397   return isa<ConstantFP>(C) ||
3398       isa<ConstantInt>(C) ||
3399       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3400       isa<GlobalValue>(C) ||
3401       isa<UndefValue>(C);
3402 }
3403
3404 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3405 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3406 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3407                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3408   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3409     return C;
3410   return ConstantPool.lookup(V);
3411 }
3412
3413 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3414 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3415 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3416 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3417 static Constant *
3418 ConstantFold(Instruction *I,
3419              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool,
3420              const DataLayout *DL) {
3421   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3422     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3423     if (!A)
3424       return nullptr;
3425     if (A->isAllOnesValue())
3426       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3427     if (A->isNullValue())
3428       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3429     return nullptr;
3430   }
3431
3432   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3433   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3434     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3435       COps.push_back(A);
3436     else
3437       return nullptr;
3438   }
3439
3440   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I))
3441     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3442                                            COps[1], DL);
3443
3444   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3445 }
3446
3447 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3448 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3449 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3450 /// case), of a switch instruction SI.
3451 static bool
3452 GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3453                ConstantInt *CaseVal,
3454                BasicBlock *CaseDest,
3455                BasicBlock **CommonDest,
3456                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *> > &Res,
3457                const DataLayout *DL) {
3458   // The block from which we enter the common destination.
3459   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3460
3461   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3462   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3463   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3464   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3465   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3466        ++I) {
3467     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3468       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3469       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3470         return false;
3471       Pred = CaseDest;
3472       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3473     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3474       // Skip debug intrinsic.
3475       continue;
3476     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool, DL)) {
3477       // Instruction is side-effect free and constant.
3478
3479       // If the instruction has uses outside this block or a phi node slot for
3480       // the block, it is not safe to bypass the instruction since it would then
3481       // no longer dominate all its uses.
3482       for (auto &Use : I->uses()) {
3483         User *User = Use.getUser();
3484         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(User))
3485           if (I->getParent() == CaseDest)
3486             continue;
3487         if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(User))
3488           if (Phi->getIncomingBlock(Use) == CaseDest)
3489             continue;
3490         return false;
3491       }
3492
3493       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3494     } else {
3495       break;
3496     }
3497   }
3498
3499   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3500   if (!*CommonDest)
3501     *CommonDest = CaseDest;
3502   // If the destination isn't the common one, abort.
3503   if (CaseDest != *CommonDest)
3504     return false;
3505
3506   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3507   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3508   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3509     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3510     if (Idx == -1)
3511       continue;
3512
3513     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3514                                         ConstantPool);
3515     if (!ConstVal)
3516       return false;
3517
3518     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3519     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3520       return false;
3521
3522     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3523   }
3524
3525   return Res.size() > 0;
3526 }
3527
3528 // MapCaseToResult - Helper function used to
3529 // add CaseVal to the list of cases that generate Result.
3530 static void MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
3531     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3532     Constant *Result) {
3533   for (auto &I : UniqueResults) {
3534     if (I.first == Result) {
3535       I.second.push_back(CaseVal);
3536       return;
3537     }
3538   }
3539   UniqueResults.push_back(std::make_pair(Result,
3540         SmallVector<ConstantInt*, 4>(1, CaseVal)));
3541 }
3542
3543 // InitializeUniqueCases - Helper function that initializes a map containing
3544 // results for the PHI node of the common destination block for a switch
3545 // instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
3546 // there is not a common destination block for the switch.
3547 static bool InitializeUniqueCases(
3548     SwitchInst *SI, const DataLayout *DL, PHINode *&PHI,
3549     BasicBlock *&CommonDest,
3550     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3551     Constant *&DefaultResult) {
3552   for (auto &I : SI->cases()) {
3553     ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
3554
3555     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3556     SwitchCaseResultsTy Results;
3557     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
3558                         DL))
3559       return false;
3560
3561     // Only one value per case is permitted
3562     if (Results.size() > 1)
3563       return false;
3564     MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
3565
3566     // Check the PHI consistency.
3567     if (!PHI)
3568       PHI = Results[0].first;
3569     else if (PHI != Results[0].first)
3570       return false;
3571   }
3572   // Find the default result value.
3573   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
3574   BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
3575   GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
3576                  DL);
3577   // If the default value is not found abort unless the default destination
3578   // is unreachable.
3579   DefaultResult =
3580       DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
3581   if ((!DefaultResult &&
3582         !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
3583     return false;
3584
3585   return true;
3586 }
3587
3588 // ConvertTwoCaseSwitch - Helper function that checks if it is possible to
3589 // transform a switch with only two cases (or two cases + default)
3590 // that produces a result into a value select.
3591 // Example:
3592 // switch (a) {
3593 //   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
3594 //     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
3595 //   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
3596 //     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
3597 //   default:
3598 //     return 4;
3599 // }
3600 static Value *
3601 ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
3602                      Constant *DefaultResult, Value *Condition,
3603                      IRBuilder<> &Builder) {
3604   assert(ResultVector.size() == 2 &&
3605       "We should have exactly two unique results at this point");
3606   // If we are selecting between only two cases transform into a simple
3607   // select or a two-way select if default is possible.
3608   if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
3609       ResultVector[1].second.size() == 1) {
3610     ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
3611     ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
3612
3613     bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
3614     Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
3615     if (DefaultCanTrigger) {
3616       Value *const ValueCompare =
3617           Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
3618       SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
3619                                          DefaultResult, "switch.select");
3620     }
3621     Value *const ValueCompare =
3622         Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
3623     return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first, SelectValue,
3624                                 "switch.select");
3625   }
3626
3627   return nullptr;
3628 }
3629
3630 // RemoveSwitchAfterSelectConversion - Helper function to cleanup a switch
3631 // instruction that has been converted into a select, fixing up PHI nodes and
3632 // basic blocks.
3633 static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
3634                                               Value *SelectValue,
3635                                               IRBuilder<> &Builder) {
3636   BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
3637   while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
3638     PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
3639   PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
3640
3641   Builder.CreateBr(PHI->getParent());
3642
3643   // Remove the switch.
3644   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3645     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3646
3647     if (Succ == PHI->getParent())
3648       continue;
3649     Succ->removePredecessor(SelectBB);
3650   }
3651   SI->eraseFromParent();
3652 }
3653
3654 /// SwitchToSelect - If the switch is only used to initialize one or more
3655 /// phi nodes in a common successor block with only two different
3656 /// constant values, replace the switch with select.
3657 static bool SwitchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
3658                            const DataLayout *DL, AssumptionCache *AC) {
3659   Value *const Cond = SI->getCondition();
3660   PHINode *PHI = nullptr;
3661   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
3662   Constant *DefaultResult;
3663   SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
3664   // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
3665   if (!InitializeUniqueCases(SI, DL, PHI, CommonDest, UniqueResults,
3666                              DefaultResult))
3667     return false;
3668   // Selects choose between maximum two values.
3669   if (UniqueResults.size() != 2)
3670     return false;
3671   assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
3672
3673   Builder.SetInsertPoint(SI);
3674   Value *SelectValue = ConvertTwoCaseSwitch(
3675       UniqueResults,
3676       DefaultResult, Cond, Builder);
3677   if (SelectValue) {
3678     RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
3679     return true;
3680   }
3681   // The switch couldn't be converted into a select.
3682   return false;
3683 }
3684
3685 namespace {
3686   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3687   /// to replace a switch.
3688   class SwitchLookupTable {
3689   public:
3690     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3691     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3692     /// table.
3693     SwitchLookupTable(Module &M,
3694                       uint64_t TableSize,
3695                       ConstantInt *Offset,
3696              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3697                       Constant *DefaultValue,
3698                       const DataLayout *DL);
3699
3700     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3701     /// the position given by Index in the lookup table.
3702     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3703
3704     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3705     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3706     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3707                                    uint64_t TableSize,
3708                                    const Type *ElementType);
3709
3710   private:
3711     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3712     // different ways.
3713     enum {
3714       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3715       // store that single value and return it for each lookup.
3716       SingleValueKind,
3717
3718       // For tables where there is a linear relationship between table index
3719       // and values. We calculate the result with a simple multiplication
3720       // and addition instead of a table lookup.
3721       LinearMapKind,
3722
3723       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3724       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3725       // shift and mask operations.
3726       BitMapKind,
3727
3728       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3729       // instructions from the table.
3730       ArrayKind
3731     } Kind;
3732
3733     // For SingleValueKind, this is the single value.
3734     Constant *SingleValue;
3735
3736     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3737     ConstantInt *BitMap;
3738     IntegerType *BitMapElementTy;
3739
3740     // For LinearMapKind, these are the constants used to derive the value.
3741     ConstantInt *LinearOffset;
3742     ConstantInt *LinearMultiplier;
3743
3744     // For ArrayKind, this is the array.
3745     GlobalVariable *Array;
3746   };
3747 }
3748
3749 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3750                                      uint64_t TableSize,
3751                                      ConstantInt *Offset,
3752              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3753                                      Constant *DefaultValue,
3754                                      const DataLayout *DL)
3755     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
3756       LinearOffset(nullptr), LinearMultiplier(nullptr), Array(nullptr) {
3757   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3758   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3759
3760   // If all values in the table are equal, this is that value.
3761   SingleValue = Values.begin()->second;
3762
3763   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
3764
3765   // Build up the table contents.
3766   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3767   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3768     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3769     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3770     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
3771
3772     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3773                    .getLimitedValue();
3774     TableContents[Idx] = CaseRes;
3775
3776     if (CaseRes != SingleValue)
3777       SingleValue = nullptr;
3778   }
3779
3780   // Fill in any holes in the table with the default result.
3781   if (Values.size() < TableSize) {
3782     assert(DefaultValue &&
3783            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
3784     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
3785     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3786       if (!TableContents[I])
3787         TableContents[I] = DefaultValue;
3788     }
3789
3790     if (DefaultValue != SingleValue)
3791       SingleValue = nullptr;
3792   }
3793
3794   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3795   // that single value.
3796   if (SingleValue) {
3797     Kind = SingleValueKind;
3798     return;
3799   }
3800
3801   // Check if we can derive the value with a linear transformation from the
3802   // table index.
3803   if (isa<IntegerType>(ValueType)) {
3804     bool LinearMappingPossible = true;
3805     APInt PrevVal;
3806     APInt DistToPrev;
3807     assert(TableSize >= 2 && "Should be a SingleValue table.");
3808     // Check if there is the same distance between two consecutive values.
3809     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3810       ConstantInt *ConstVal = dyn_cast<ConstantInt>(TableContents[I]);
3811       if (!ConstVal) {
3812         // This is an undef. We could deal with it, but undefs in lookup tables
3813         // are very seldom. It's probably not worth the additional complexity.
3814         LinearMappingPossible = false;
3815         break;
3816       }
3817       APInt Val = ConstVal->getValue();
3818       if (I != 0) {
3819         APInt Dist = Val - PrevVal;
3820         if (I == 1) {
3821           DistToPrev = Dist;
3822         } else if (Dist != DistToPrev) {
3823           LinearMappingPossible = false;
3824           break;
3825         }
3826       }
3827       PrevVal = Val;
3828     }
3829     if (LinearMappingPossible) {
3830       LinearOffset = cast<ConstantInt>(TableContents[0]);
3831       LinearMultiplier = ConstantInt::get(M.getContext(), DistToPrev);
3832       Kind = LinearMapKind;
3833       ++NumLinearMaps;
3834       return;
3835     }
3836   }
3837
3838   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3839   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
3840     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
3841     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3842     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3843       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3844       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3845       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3846         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3847         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3848       }
3849     }
3850     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3851     BitMapElementTy = IT;
3852     Kind = BitMapKind;
3853     ++NumBitMaps;
3854     return;
3855   }
3856
3857   // Store the table in an array.
3858   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
3859   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3860
3861   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3862                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3863                              Initializer,
3864                              "switch.table");
3865   Array->setUnnamedAddr(true);
3866   Kind = ArrayKind;
3867 }
3868
3869 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3870   switch (Kind) {
3871     case SingleValueKind:
3872       return SingleValue;
3873     case LinearMapKind: {
3874       // Derive the result value from the input value.
3875       Value *Result = Builder.CreateIntCast(Index, LinearMultiplier->getType(),
3876                                             false, "switch.idx.cast");
3877       if (!LinearMultiplier->isOne())
3878         Result = Builder.CreateMul(Result, LinearMultiplier, "switch.idx.mult");
3879       if (!LinearOffset->isZero())
3880         Result = Builder.CreateAdd(Result, LinearOffset, "switch.offset");
3881       return Result;
3882     }
3883     case BitMapKind: {
3884       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3885       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3886
3887       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3888       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3889       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3890       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3891
3892       // Multiply the shift amount by the element width.
3893       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3894                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3895                                    "switch.shiftamt");
3896
3897       // Shift down.
3898       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3899                                               "switch.downshift");
3900       // Mask off.
3901       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3902                                  "switch.masked");
3903     }
3904     case ArrayKind: {
3905       // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
3906       IntegerType *IT = cast<IntegerType>(Index->getType());
3907       uint64_t TableSize = Array->getInitializer()->getType()
3908                                 ->getArrayNumElements();
3909       if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
3910         Index = Builder.CreateZExt(Index,
3911                                    IntegerType::get(IT->getContext(),
3912                                                     IT->getBitWidth() + 1),
3913                                    "switch.tableidx.zext");
3914
3915       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3916       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3917                                              "switch.gep");
3918       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3919     }
3920   }
3921   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3922 }
3923
3924 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3925                                            uint64_t TableSize,
3926                                            const Type *ElementType) {
3927   if (!DL)
3928     return false;
3929   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3930   if (!IT)
3931     return false;
3932   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3933   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3934
3935   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3936   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3937     return false;
3938   return DL->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3939 }
3940
3941 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3942 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3943 /// types of the results.
3944 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3945                                    uint64_t TableSize,
3946                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3947                                    const DataLayout *DL,
3948                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3949   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3950     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3951
3952   bool AllTablesFitInRegister = true;
3953   bool HasIllegalType = false;
3954   for (const auto &I : ResultTypes) {
3955     Type *Ty = I.second;
3956
3957     // Saturate this flag to true.
3958     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3959
3960     // Saturate this flag to false.
3961     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3962       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
3963
3964     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3965     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3966     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3967     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3968       break;
3969   }
3970
3971   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3972   if (AllTablesFitInRegister)
3973     return true;
3974
3975   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3976   if (HasIllegalType)
3977     return false;
3978
3979   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3980   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3981   // FIXME: Find the best cut-off.
3982   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3983 }
3984
3985 /// Try to reuse the switch table index compare. Following pattern:
3986 /// \code
3987 ///     if (idx < tablesize)
3988 ///        r = table[idx]; // table does not contain default_value
3989 ///     else
3990 ///        r = default_value;
3991 ///     if (r != default_value)
3992 ///        ...
3993 /// \endcode
3994 /// Is optimized to:
3995 /// \code
3996 ///     cond = idx < tablesize;
3997 ///     if (cond)
3998 ///        r = table[idx];
3999 ///     else
4000 ///        r = default_value;
4001 ///     if (cond)
4002 ///        ...
4003 /// \endcode
4004 /// Jump threading will then eliminate the second if(cond).
4005 static void reuseTableCompare(User *PhiUser, BasicBlock *PhiBlock,
4006           BranchInst *RangeCheckBranch, Constant *DefaultValue,
4007           const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values) {
4008
4009   ICmpInst *CmpInst = dyn_cast<ICmpInst>(PhiUser);
4010   if (!CmpInst)
4011     return;
4012
4013   // We require that the compare is in the same block as the phi so that jump
4014   // threading can do its work afterwards.
4015   if (CmpInst->getParent() != PhiBlock)
4016     return;
4017
4018   Constant *CmpOp1 = dyn_cast<Constant>(CmpInst->getOperand(1));
4019   if (!CmpOp1)
4020     return;
4021
4022   Value *RangeCmp = RangeCheckBranch->getCondition();
4023   Constant *TrueConst = ConstantInt::getTrue(RangeCmp->getType());
4024   Constant *FalseConst = ConstantInt::getFalse(RangeCmp->getType());
4025
4026   // Check if the compare with the default value is constant true or false.
4027   Constant *DefaultConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
4028                                                  DefaultValue, CmpOp1, true);
4029   if (DefaultConst != TrueConst && DefaultConst != FalseConst)
4030     return;
4031
4032   // Check if the compare with the case values is distinct from the default
4033   // compare result.
4034   for (auto ValuePair : Values) {
4035     Constant *CaseConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
4036                               ValuePair.second, CmpOp1, true);
4037     if (!CaseConst || CaseConst == DefaultConst)
4038       return;
4039     assert((CaseConst == TrueConst || CaseConst == FalseConst) &&
4040            "Expect true or false as compare result.");
4041   }
4042  
4043   // Check if the branch instruction dominates the phi node. It's a simple
4044   // dominance check, but sufficient for our needs.
4045   // Although this check is invariant in the calling loops, it's better to do it
4046   // at this late stage. Practically we do it at most once for a switch.
4047   BasicBlock *BranchBlock = RangeCheckBranch->getParent();
4048   for (auto PI = pred_begin(PhiBlock), E = pred_end(PhiBlock); PI != E; ++PI) {
4049     BasicBlock *Pred = *PI;
4050     if (Pred != BranchBlock && Pred->getUniquePredecessor() != BranchBlock)
4051       return;
4052   }
4053
4054   if (DefaultConst == FalseConst) {
4055     // The compare yields the same result. We can replace it.
4056     CmpInst->replaceAllUsesWith(RangeCmp);
4057     ++NumTableCmpReuses;
4058   } else {
4059     // The compare yields the same result, just inverted. We can replace it.
4060     Value *InvertedTableCmp = BinaryOperator::CreateXor(RangeCmp,
4061                 ConstantInt::get(RangeCmp->getType(), 1), "inverted.cmp",
4062                 RangeCheckBranch);
4063     CmpInst->replaceAllUsesWith(InvertedTableCmp);
4064     ++NumTableCmpReuses;
4065   }
4066 }
4067
4068 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
4069 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
4070 /// replace the switch with lookup tables.
4071 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
4072                                 IRBuilder<> &Builder,
4073                                 const TargetTransformInfo &TTI,
4074                                 const DataLayout* DL) {
4075   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
4076
4077   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
4078   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
4079     return false;
4080
4081   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
4082   // split off a dense part and build a lookup table for that.
4083
4084   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
4085   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
4086   // string and lookup indices into that.
4087
4088   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
4089   // faster, so we don't analyze them.
4090   if (SI->getNumCases() < 3)
4091     return false;
4092
4093   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
4094   // common destination, as well as the the min and max case values.
4095   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
4096   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
4097   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
4098   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
4099
4100   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4101   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
4102   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
4103   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
4104   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
4105   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
4106
4107   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
4108     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
4109     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
4110       MinCaseVal = CaseVal;
4111     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
4112       MaxCaseVal = CaseVal;
4113
4114     // Resulting value at phi nodes for this case value.
4115     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
4116     ResultsTy Results;
4117     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
4118                         Results, DL))
4119       return false;
4120
4121     // Append the result from this case to the list for each phi.
4122     for (const auto &I : Results) {
4123       PHINode *PHI = I.first;
4124       Constant *Value = I.second;
4125       if (!ResultLists.count(PHI))
4126         PHIs.push_back(PHI);
4127       ResultLists[PHI].push_back(std::make_pair(CaseVal, Value));
4128     }
4129   }
4130
4131   // Keep track of the result types.
4132   for (PHINode *PHI : PHIs) {
4133     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
4134   }
4135
4136   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
4137   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
4138   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
4139   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
4140
4141   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
4142   // or a bitmask that fits in a register.
4143   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
4144   bool HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
4145                                        &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
4146
4147   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
4148   if (NeedMask) {
4149     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
4150     if (SI->getNumCases() < 4)  // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
4151       return false;
4152     if (!(DL && DL->fitsInLegalInteger(TableSize)))
4153       return false;
4154   }
4155
4156   for (const auto &I : DefaultResultsList) {
4157     PHINode *PHI = I.first;
4158     Constant *Result = I.second;
4159     DefaultResults[PHI] = Result;
4160   }
4161
4162   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
4163     return false;
4164
4165   // Create the BB that does the lookups.
4166   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
4167   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4168                                             "switch.lookup",
4169                                             CommonDest->getParent(),
4170                                             CommonDest);
4171
4172   // Compute the table index value.
4173   Builder.SetInsertPoint(SI);
4174   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
4175                                         "switch.tableidx");
4176
4177   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
4178   // switching upon.
4179   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
4180   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
4181   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
4182          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
4183          "representable value of its input integer type's size.");
4184
4185   // If we have a fully covered lookup table, unconditionally branch to the
4186   // lookup table BB. Otherwise, check if the condition value is within the case
4187   // range. If it is so, branch to the new BB. Otherwise branch to SI's default
4188   // destination.
4189   BranchInst *RangeCheckBranch = nullptr;
4190
4191   const bool GeneratingCoveredLookupTable = MaxTableSize == TableSize;
4192   if (GeneratingCoveredLookupTable) {
4193     Builder.CreateBr(LookupBB);
4194     // We cached PHINodes in PHIs, to avoid accessing deleted PHINodes later,
4195     // do not delete PHINodes here.
4196     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent(),
4197                                             true/*DontDeleteUselessPHIs*/);
4198   } else {
4199     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
4200                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
4201     RangeCheckBranch = Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4202   }
4203
4204   // Populate the BB that does the lookups.
4205   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4206
4207   if (NeedMask) {
4208     // Before doing the lookup we do the hole check.
4209     // The LookupBB is therefore re-purposed to do the hole check
4210     // and we create a new LookupBB.
4211     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
4212     MaskBB->setName("switch.hole_check");
4213     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4214                                   "switch.lookup",
4215                                   CommonDest->getParent(),
4216                                   CommonDest);
4217
4218     // Make the mask's bitwidth at least 8bit and a power-of-2 to avoid
4219     // unnecessary illegal types.
4220     uint64_t TableSizePowOf2 = NextPowerOf2(std::max(7ULL, TableSize - 1ULL));
4221     APInt MaskInt(TableSizePowOf2, 0);
4222     APInt One(TableSizePowOf2, 1);
4223     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
4224     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
4225     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
4226       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
4227                       MinCaseVal->getValue()).getLimitedValue();
4228       MaskInt |= One << Idx;
4229     }
4230     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
4231
4232     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
4233     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
4234     // else continue with table lookup.
4235     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
4236     Value *MaskIndex = Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy,
4237                                                  "switch.maskindex");
4238     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex,
4239                                         "switch.shifted");
4240     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(Shifted,
4241                                        Type::getInt1Ty(Mod.getContext()),
4242                                        "switch.lobit");
4243     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4244
4245     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4246     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
4247   }
4248
4249   bool ReturnedEarly = false;
4250   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
4251     PHINode *PHI = PHIs[I];
4252     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHI];
4253
4254     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
4255     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
4256     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultList, DV, DL);
4257
4258     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
4259
4260     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
4261     // do that right here.
4262     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
4263         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
4264       Builder.CreateRet(Result);
4265       ReturnedEarly = true;
4266       break;
4267     }
4268
4269     // Do a small peephole optimization: re-use the switch table compare if
4270     // possible.
4271     if (!TableHasHoles && HasDefaultResults && RangeCheckBranch) {
4272       BasicBlock *PhiBlock = PHI->getParent();
4273       // Search for compare instructions which use the phi.
4274       for (auto *User : PHI->users()) {
4275         reuseTableCompare(User, PhiBlock, RangeCheckBranch, DV, ResultList);
4276       }
4277     }
4278
4279     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
4280   }
4281
4282   if (!ReturnedEarly)
4283     Builder.CreateBr(CommonDest);
4284
4285   // Remove the switch.
4286   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4287     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4288
4289     if (Succ == SI->getDefaultDest())
4290       continue;
4291     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
4292   }
4293   SI->eraseFromParent();
4294
4295   ++NumLookupTables;
4296   if (NeedMask)
4297     ++NumLookupTablesHoles;
4298   return true;
4299 }
4300
4301 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
4302   BasicBlock *BB = SI->getParent();
4303
4304   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
4305     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4306     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
4307     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4308       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
4309         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4310
4311     Value *Cond = SI->getCondition();
4312     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
4313       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
4314         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4315
4316     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
4317     // away into any preds.
4318     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
4319     // Ignore dbg intrinsics.
4320     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
4321       ++BBI;
4322     if (SI == &*BBI)
4323       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
4324         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4325   }
4326
4327   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
4328   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
4329     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4330
4331   // Remove unreachable cases.
4332   if (EliminateDeadSwitchCases(SI, DL, AC))
4333     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4334
4335   if (SwitchToSelect(SI, Builder, DL, AC))
4336     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4337
4338   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
4339     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4340
4341   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, DL))
4342     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4343
4344   return false;
4345 }
4346
4347 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
4348   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
4349   bool Changed = false;
4350
4351   // Eliminate redundant destinations.
4352   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
4353   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
4354     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
4355     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest).second) {
4356       Dest->removePredecessor(BB);
4357       IBI->removeDestination(i);
4358       --i; --e;
4359       Changed = true;
4360     }
4361   }
4362
4363   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
4364     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
4365     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
4366     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4367     return true;
4368   }
4369
4370   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
4371     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
4372     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
4373     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4374     return true;
4375   }
4376
4377   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
4378     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
4379       return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4380   }
4381   return Changed;
4382 }
4383
4384 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
4385   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4386
4387   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
4388     return true;
4389
4390   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
4391   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbg();
4392   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
4393       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
4394     return true;
4395
4396   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
4397   // against a constant, try to simplify the block.
4398   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
4399     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
4400       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
4401         ;
4402       if (I->isTerminator() &&
4403           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI,
4404                                                 BonusInstThreshold, DL, AC))
4405         return true;
4406     }
4407
4408   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4409   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
4410   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
4411   // for PHI nodes in common successor.
4412   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
4413     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4414   return false;
4415 }
4416
4417
4418 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
4419   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4420
4421   // Conditional branch
4422   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
4423     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4424     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
4425     // switch.
4426     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4427       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
4428         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4429
4430     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
4431     // Ignore dbg intrinsics.
4432     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
4433     // Ignore dbg intrinsics.
4434     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4435       ++I;
4436     if (&*I == BI) {
4437       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4438         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4439     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4440       ++I;
4441       // Ignore dbg intrinsics.
4442       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4443         ++I;
4444       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4445         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4446     }
4447   }
4448
4449   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4450   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, DL, Builder))
4451     return true;
4452
4453   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4454   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4455   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4456   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
4457     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4458
4459   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4460   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4461   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4462   // can hoist it up to the branching block.
4463   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
4464     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4465       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, DL))
4466         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4467     } else {
4468       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4469       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
4470       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4471       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4472           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4473         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), DL))
4474           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4475     }
4476   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4477     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4478     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
4479     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4480     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4481         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4482       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), DL))
4483         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4484   }
4485
4486   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4487   // through this block if any PHI node entries are constants.
4488   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4489     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4490       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4491         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4492
4493   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4494   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4495     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4496       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4497         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4498           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4499
4500   return false;
4501 }
4502
4503 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4504 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4505   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4506   if (!C)
4507     return false;
4508
4509   if (I->use_empty())
4510     return false;
4511
4512   if (C->isNullValue()) {
4513     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4514     User *Use = *I->user_begin();
4515
4516     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4517     // control flow (eg. calls)
4518     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4519       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4520         return false;
4521
4522     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4523     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4524       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4525         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4526
4527     // Look through bitcasts.
4528     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4529       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4530
4531     // Load from null is undefined.
4532     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4533       if (!LI->isVolatile())
4534         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4535
4536     // Store to null is undefined.
4537     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4538       if (!SI->isVolatile())
4539         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4540   }
4541   return false;
4542 }
4543
4544 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4545 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4546 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4547   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4548        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4549     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4550       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4551         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4552         IRBuilder<> Builder(T);
4553         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4554           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4555           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4556           // destination from conditional branches.
4557           if (BI->isUnconditional())
4558             Builder.CreateUnreachable();
4559           else
4560             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4561                                                          BI->getSuccessor(0));
4562           BI->eraseFromParent();
4563           return true;
4564         }
4565         // TODO: SwitchInst.
4566       }
4567
4568   return false;
4569 }
4570
4571 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4572   bool Changed = false;
4573
4574   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4575   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4576
4577   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4578   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4579   if ((pred_empty(BB) &&
4580        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4581       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4582     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4583     DeleteDeadBlock(BB);
4584     return true;
4585   }
4586
4587   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4588   // away...
4589   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4590
4591   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4592   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4593
4594   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4595   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4596
4597   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4598   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4599   // if there are no PHI nodes.
4600   //
4601   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4602     return true;
4603
4604   IRBuilder<> Builder(BB);
4605
4606   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4607   // eliminate it, do so now.
4608   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4609     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4610       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, DL);
4611
4612   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4613   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4614     if (BI->isUnconditional()) {
4615       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4616     } else {
4617       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4618     }
4619   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4620     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4621   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4622     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4623   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4624     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4625   } else if (UnreachableInst *UI =
4626                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4627     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4628   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4629                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4630     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4631   }
4632
4633   return Changed;
4634 }
4635
4636 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4637 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4638 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4639 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4640 ///
4641 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4642                        unsigned BonusInstThreshold, const DataLayout *DL,
4643                        AssumptionCache *AC) {
4644   return SimplifyCFGOpt(TTI, BonusInstThreshold, DL, AC).run(BB);
4645 }