3248a83636c4a1abb1eca9924fc4f48549637342
[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 // Chosen as 2 so as to be cheap, but still to have enough power to fold
57 // a select, so the "clamp" idiom (of a min followed by a max) will be caught.
58 // To catch this, we need to fold a compare and a select, hence '2' being the
59 // minimum reasonable default.
60 static cl::opt<unsigned>
61 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(2),
62    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 2)"));
63
64 static cl::opt<bool>
65 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
66        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
67
68 static cl::opt<bool>
69 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
70        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
71
72 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
73     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
74     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
75
76 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
77 STATISTIC(NumLinearMaps, "Number of switch instructions turned into linear mapping");
78 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
79 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
80 STATISTIC(NumTableCmpReuses, "Number of reused switch table lookup compares");
81 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
82 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
83
84 namespace {
85   // The first field contains the value that the switch produces when a certain
86   // case group is selected, and the second field is a vector containing the cases
87   // composing the case group.
88   typedef SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>
89     SwitchCaseResultVectorTy;
90   // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
91   // and the second field contains the value generated for a certain case in the switch
92   // for that PHI.
93   typedef SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> SwitchCaseResultsTy;
94
95   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
96   struct ValueEqualityComparisonCase {
97     ConstantInt *Value;
98     BasicBlock *Dest;
99
100     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
101       : Value(Value), Dest(Dest) {}
102
103     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
104       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
105       return Value < RHS.Value;
106     }
107
108     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
109   };
110
111 class SimplifyCFGOpt {
112   const TargetTransformInfo &TTI;
113   unsigned BonusInstThreshold;
114   const DataLayout *const DL;
115   AssumptionCache *AC;
116   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
117   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
118                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
119   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
120                                                      BasicBlock *Pred,
121                                                      IRBuilder<> &Builder);
122   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
123                                            IRBuilder<> &Builder);
124
125   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
126   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
127   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
128   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
129   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
130   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
131   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
132
133 public:
134   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, unsigned BonusInstThreshold,
135                  const DataLayout *DL, AssumptionCache *AC)
136       : TTI(TTI), BonusInstThreshold(BonusInstThreshold), DL(DL), AC(AC) {}
137   bool run(BasicBlock *BB);
138 };
139 }
140
141 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
142 /// terminator instructions together.
143 ///
144 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
145   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
146
147   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
148   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
149   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
150   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
151   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
152   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
153
154   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
155     if (SI1Succs.count(*I))
156       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
157            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
158         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
159         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
160             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
161           return false;
162       }
163
164   return true;
165 }
166
167 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
168 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
169 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
170 /// successors.
171 ///
172 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
173                                           BranchInst *SI2,
174                                           Instruction *Cond,
175                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
176   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
177   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
178
179   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
180   // common successors:
181   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
182   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
183   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
184   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
185   if (!Ci2) return false;
186   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
187         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
188       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
189         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
190     return false;
191
192   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
193   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
194   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
195   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
196     if (SI1Succs.count(*I))
197       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
198            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
199         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
200         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
201             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
202           return false;
203         PhiNodes.push_back(PN);
204       }
205   return true;
206 }
207
208 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
209 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
210 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
211 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
212 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
213                                   BasicBlock *ExistPred) {
214   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
215
216   PHINode *PN;
217   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
218        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
219     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
220 }
221
222 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
223 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. TCC_Free means
224 /// cheap, TCC_Basic means less cheap, and TCC_Expensive means prohibitively
225 /// expensive.
226 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I, const DataLayout *DL,
227                                        const TargetTransformInfo &TTI) {
228   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
229          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
230   return TTI.getUserCost(I);
231 }
232 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
233 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
234 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
235 /// which works well enough for us.
236 ///
237 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
238 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
239 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
240 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
241 /// set and true is returned.
242 ///
243 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
244 /// Select whose cost is 2.
245 ///
246 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
247 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
248 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
249 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
250                                 SmallPtrSetImpl<Instruction*> *AggressiveInsts,
251                                 unsigned &CostRemaining,
252                                 const DataLayout *DL,
253                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
254   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
255   if (!I) {
256     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
257     // can be executed unconditionally.
258     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
259       if (C->canTrap())
260         return false;
261     return true;
262   }
263   BasicBlock *PBB = I->getParent();
264
265   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
266   // the bottom of this block.
267   if (PBB == BB) return false;
268
269   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
270   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
271   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
272   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
273   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
274     return true;
275
276   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
277   // instructions in the 'if region'.
278   if (!AggressiveInsts) return false;
279
280   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
281   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
282
283   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
284   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
285   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
286   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
287     return false;
288
289   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, DL, TTI);
290
291   if (Cost > CostRemaining)
292     return false;
293
294   CostRemaining -= Cost;
295
296   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
297   // not take us over the cost threshold.
298   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
299     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, DL, TTI))
300       return false;
301   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
302   AggressiveInsts->insert(I);
303   return true;
304 }
305
306 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
307 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
308 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *DL) {
309   // Normal constant int.
310   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
311   if (CI || !DL || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
312     return CI;
313
314   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
315   // ConstantInt if possible.
316   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL->getIntPtrType(V->getType()));
317
318   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
319   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
320     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
321
322   // IntToPtr const int.
323   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
324     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
325       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
326         // The constant is very likely to have the right type already.
327         if (CI->getType() == PtrTy)
328           return CI;
329         else
330           return cast<ConstantInt>
331             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
332       }
333   return nullptr;
334 }
335
336 namespace {
337
338 /// Given a chain of or (||) or and (&&) comparison of a value against a
339 /// constant, this will try to recover the information required for a switch
340 /// structure.
341 /// It will depth-first traverse the chain of comparison, seeking for patterns
342 /// like %a == 12 or %a < 4 and combine them to produce a set of integer
343 /// representing the different cases for the switch.
344 /// Note that if the chain is composed of '||' it will build the set of elements
345 /// that matches the comparisons (i.e. any of this value validate the chain)
346 /// while for a chain of '&&' it will build the set elements that make the test
347 /// fail.
348 struct ConstantComparesGatherer {
349
350   Value *CompValue; /// Value found for the switch comparison
351   Value *Extra;     /// Extra clause to be checked before the switch
352   SmallVector<ConstantInt *, 8> Vals; /// Set of integers to match in switch
353   unsigned UsedICmps; /// Number of comparisons matched in the and/or chain
354
355   /// Construct and compute the result for the comparison instruction Cond
356   ConstantComparesGatherer(Instruction *Cond, const DataLayout *DL)
357       : CompValue(nullptr), Extra(nullptr), UsedICmps(0) {
358     gather(Cond, DL);
359   }
360
361   /// Prevent copy
362   ConstantComparesGatherer(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
363   ConstantComparesGatherer &
364   operator=(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
365
366 private:
367
368   /// Try to set the current value used for the comparison, it succeeds only if
369   /// it wasn't set before or if the new value is the same as the old one
370   bool setValueOnce(Value *NewVal) {
371     if(CompValue && CompValue != NewVal) return false;
372     CompValue = NewVal;
373     return (CompValue != nullptr);
374   }
375
376   /// Try to match Instruction "I" as a comparison against a constant and
377   /// populates the array Vals with the set of values that match (or do not
378   /// match depending on isEQ).
379   /// Return false on failure. On success, the Value the comparison matched
380   /// against is placed in CompValue.
381   /// If CompValue is already set, the function is expected to fail if a match
382   /// is found but the value compared to is different.
383   bool matchInstruction(Instruction *I, const DataLayout *DL, bool isEQ) {
384     // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
385     ICmpInst *ICI;
386     ConstantInt *C;
387     if (!((ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) &&
388              (C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)))) {
389       return false;
390     }
391
392     Value *RHSVal;
393     ConstantInt *RHSC;
394
395     // Pattern match a special case
396     // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
397     // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
398     if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
399       if (match(ICI->getOperand(0),
400                 m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
401         APInt Not = ~RHSC->getValue();
402         if (Not.isPowerOf2()) {
403           // If we already have a value for the switch, it has to match!
404           if(!setValueOnce(RHSVal))
405             return false;
406
407           Vals.push_back(C);
408           Vals.push_back(ConstantInt::get(C->getContext(),
409                                           C->getValue() | Not));
410           UsedICmps++;
411           return true;
412         }
413       }
414
415       // If we already have a value for the switch, it has to match!
416       if(!setValueOnce(ICI->getOperand(0)))
417         return false;
418
419       UsedICmps++;
420       Vals.push_back(C);
421       return ICI->getOperand(0);
422     }
423
424     // If we have "x ult 3", for example, then we can add 0,1,2 to the set.
425     ConstantRange Span = ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(),
426                                                        C->getValue());
427
428     // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
429     // compare idiom as emitted by instcombine.
430     Value *CandidateVal = I->getOperand(0);
431     if(match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
432       Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
433       CandidateVal = RHSVal;
434     }
435
436     // If this is an and/!= check, then we are looking to build the set of
437     // value that *don't* pass the and chain. I.e. to turn "x ugt 2" into
438     // x != 0 && x != 1.
439     if (!isEQ)
440       Span = Span.inverse();
441
442     // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
443     if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet()) {
444       return false;
445     }
446
447     // If we already have a value for the switch, it has to match!
448     if(!setValueOnce(CandidateVal))
449       return false;
450
451     // Add all values from the range to the set
452     for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
453       Vals.push_back(ConstantInt::get(I->getContext(), Tmp));
454
455     UsedICmps++;
456     return true;
457
458   }
459
460   /// gather - Given a potentially 'or'd or 'and'd together collection of icmp
461   /// eq/ne/lt/gt instructions that compare a value against a constant, extract
462   /// the value being compared, and stick the list constants into the Vals
463   /// vector.
464   /// One "Extra" case is allowed to differ from the other.
465   void gather(Value *V, const DataLayout *DL) {
466     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
467     bool isEQ = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
468
469     // Keep a stack (SmallVector for efficiency) for depth-first traversal
470     SmallVector<Value *, 8> DFT;
471
472     // Initialize
473     DFT.push_back(V);
474
475     while(!DFT.empty()) {
476       V = DFT.pop_back_val();
477
478       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
479         // If it is a || (or && depending on isEQ), process the operands.
480         if (I->getOpcode() == (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And)) {
481           DFT.push_back(I->getOperand(1));
482           DFT.push_back(I->getOperand(0));
483           continue;
484         }
485
486         // Try to match the current instruction
487         if (matchInstruction(I, DL, isEQ))
488           // Match succeed, continue the loop
489           continue;
490       }
491
492       // One element of the sequence of || (or &&) could not be match as a
493       // comparison against the same value as the others.
494       // We allow only one "Extra" case to be checked before the switch
495       if (!Extra) {
496         Extra = V;
497         continue;
498       }
499       // Failed to parse a proper sequence, abort now
500       CompValue = nullptr;
501       break;
502     }
503   }
504 };
505
506 }
507
508 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
509   Instruction *Cond = nullptr;
510   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
511     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
512   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
513     if (BI->isConditional())
514       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
515   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
516     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
517   }
518
519   TI->eraseFromParent();
520   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
521 }
522
523 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
524 /// to see if a value is equal to constant integer value.
525 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
526   Value *CV = nullptr;
527   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
528     // Do not permit merging of large switch instructions into their
529     // predecessors unless there is only one predecessor.
530     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
531                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
532       CV = SI->getCondition();
533   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
534     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
535       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
536         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
537           CV = ICI->getOperand(0);
538
539   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
540   if (DL && CV) {
541     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
542       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
543       if (PTII->getType() == DL->getIntPtrType(Ptr->getType()))
544         CV = Ptr;
545     }
546   }
547   return CV;
548 }
549
550 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
551 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
552 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
553 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
554                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
555                                                                        &Cases) {
556   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
557     Cases.reserve(SI->getNumCases());
558     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
559       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
560                                                   i.getCaseSuccessor()));
561     return SI->getDefaultDest();
562   }
563
564   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
565   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
566   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
567   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
568                                                              DL),
569                                               Succ));
570   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
571 }
572
573
574 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
575 /// in the list that match the specified block.
576 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
577                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
578   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
579 }
580
581 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
582 /// well.
583 static bool
584 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
585               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
586   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
587
588   // Make V1 be smaller than V2.
589   if (V1->size() > V2->size())
590     std::swap(V1, V2);
591
592   if (V1->size() == 0) return false;
593   if (V1->size() == 1) {
594     // Just scan V2.
595     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
596     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
597       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
598         return true;
599   }
600
601   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
602   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
603   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
604   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
605   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
606     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
607       return true;
608     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
609       ++i1;
610     else
611       ++i2;
612   }
613   return false;
614 }
615
616 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
617 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
618 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
619 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
620 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
621 /// form of jump threading.
622 bool SimplifyCFGOpt::
623 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
624                                               BasicBlock *Pred,
625                                               IRBuilder<> &Builder) {
626   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
627   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
628
629   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
630   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
631   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
632
633   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
634   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
635
636   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
637   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
638   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
639                                                         PredCases);
640   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
641
642   // Find information about how control leaves this block.
643   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
644   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
645   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
646
647   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
648   // simplify TI based on this knowledge.
649   if (PredDef == TI->getParent()) {
650     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
651     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
652     // can simplify TI.
653     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
654       return false;
655
656     if (isa<BranchInst>(TI)) {
657       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
658       // uncond br.
659       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
660       // Insert the new branch.
661       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
662       (void) NI;
663
664       // Remove PHI node entries for the dead edge.
665       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
666
667       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
668            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
669
670       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
671       return true;
672     }
673
674     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
675     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
676     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
677     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
678       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
679
680     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
681                  << "Through successor TI: " << *TI);
682
683     // Collect branch weights into a vector.
684     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
685     MDNode *MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
686     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
687     if (HasWeight)
688       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
689            ++MD_i) {
690         ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
691         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
692       }
693     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
694       --i;
695       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
696         if (HasWeight) {
697           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
698           Weights.pop_back();
699         }
700         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
701         SI->removeCase(i);
702       }
703     }
704     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
705       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
706                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
707                       createBranchWeights(Weights));
708
709     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
710     return true;
711   }
712
713   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
714   // which value (or set of values) this is.
715   ConstantInt *TIV = nullptr;
716   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
717   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
718     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
719       if (TIV)
720         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
721       TIV = PredCases[i].Value;
722     }
723   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
724
725   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
726   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
727   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
728   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
729     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
730       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
731       break;
732     }
733
734   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
735   if (!TheRealDest) TheRealDest = ThisDef;
736
737   // Remove PHI node entries for dead edges.
738   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
739   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
740     if (*SI != CheckEdge)
741       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
742     else
743       CheckEdge = nullptr;
744
745   // Insert the new branch.
746   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
747   (void) NI;
748
749   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
750             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
751
752   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
753   return true;
754 }
755
756 namespace {
757   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
758   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
759   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
760   struct ConstantIntOrdering {
761     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
762       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
763     }
764   };
765 }
766
767 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
768                                     ConstantInt *const *P2) {
769   const ConstantInt *LHS = *P1;
770   const ConstantInt *RHS = *P2;
771   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
772     return 1;
773   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
774     return 0;
775   return -1;
776 }
777
778 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
779   MDNode *ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
780   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
781     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
782       return MDS->getString().equals("branch_weights");
783
784   return false;
785 }
786
787 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
788 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
789 /// metadata.
790 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
791                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
792   MDNode *MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
793   assert(MD);
794   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
795     ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
796     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
797   }
798
799   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
800   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
801   // default weight to be the first entry.
802   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
803     assert(Weights.size() == 2);
804     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
805     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
806       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
807   }
808 }
809
810 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
811 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
812   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
813   if (Max > UINT_MAX) {
814     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
815     for (uint64_t &I : Weights)
816       I >>= Offset;
817   }
818 }
819
820 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
821 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
822 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
823 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
824 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
825                                                          IRBuilder<> &Builder) {
826   BasicBlock *BB = TI->getParent();
827   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
828   assert(CV && "Not a comparison?");
829   bool Changed = false;
830
831   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
832   while (!Preds.empty()) {
833     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
834
835     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
836     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
837     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
838
839     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
840       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
841       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
842       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
843
844       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
845       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
846
847       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
848       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
849       // build.
850       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
851
852       // Update the branch weight metadata along the way
853       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
854       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
855       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
856
857       if (PredHasWeights) {
858         GetBranchWeights(PTI, Weights);
859         // branch-weight metadata is inconsistent here.
860         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
861           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
862       } else if (SuccHasWeights)
863         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
864         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
865         // successor's weights
866         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
867
868       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
869       if (SuccHasWeights) {
870         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
871         // branch-weight metadata is inconsistent here.
872         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
873           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
874       } else if (PredHasWeights)
875         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
876
877       if (PredDefault == BB) {
878         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
879         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
880         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
881         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
882           if (PredCases[i].Dest != BB)
883             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
884           else {
885             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
886             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
887
888             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
889               // Increase weight for the default case.
890               Weights[0] += Weights[i+1];
891               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
892               Weights.pop_back();
893             }
894
895             PredCases.pop_back();
896             --i; --e;
897           }
898
899         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
900         if (PredDefault != BBDefault) {
901           PredDefault->removePredecessor(Pred);
902           PredDefault = BBDefault;
903           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
904         }
905
906         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
907         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
908         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
909           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
910               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
911             PredCases.push_back(BBCases[i]);
912             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
913             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
914               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
915               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
916               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
917               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
918               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
919             }
920           }
921
922         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
923           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
924           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
925           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
926             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
927           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
928           Weights[0] *= SuccWeights[0];
929         }
930       } else {
931         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
932         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
933         // activated.
934         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
935         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
936         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
937           if (PredCases[i].Dest == BB) {
938             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
939
940             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
941               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
942               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
943               Weights.pop_back();
944             }
945
946             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
947             PredCases.pop_back();
948             --i; --e;
949           }
950
951         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
952         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
953         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
954           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
955             // If this is one we are capable of getting...
956             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
957               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
958             PredCases.push_back(BBCases[i]);
959             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
960             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
961           }
962
963         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
964         // they must go to the default destination of TI.
965         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
966                                     PTIHandled.begin(),
967                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
968           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
969             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
970           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
971           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
972         }
973       }
974
975       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
976       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
977       // successors.
978       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
979         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
980
981       Builder.SetInsertPoint(PTI);
982       // Convert pointer to int before we switch.
983       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
984         assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
985         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL->getIntPtrType(CV->getType()),
986                                     "magicptr");
987       }
988
989       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
990       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
991                                                PredCases.size());
992       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
993       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
994         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
995
996       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
997         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
998         FitWeights(Weights);
999
1000         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1001
1002         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1003                            MDBuilder(BB->getContext()).
1004                            createBranchWeights(MDWeights));
1005       }
1006
1007       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1008
1009       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1010       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1011       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1012       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
1013       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1014         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1015           if (!InfLoopBlock) {
1016             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1017             // or it won't matter if it's hot. :)
1018             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1019                                               "infloop", BB->getParent());
1020             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1021           }
1022           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1023         }
1024
1025       Changed = true;
1026     }
1027   }
1028   return Changed;
1029 }
1030
1031 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1032 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1033 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1034 // to put the select in this case.
1035 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1036                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1037   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1038     PHINode *PN;
1039     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1040          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1041       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1042       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1043       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1044         return false;
1045       }
1046     }
1047   }
1048   return true;
1049 }
1050
1051 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
1052
1053 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1054 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1055 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1056 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
1057                                   const TargetTransformInfo &TTI) {
1058   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1059   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1060   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1061   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1062   // identical order.
1063   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1064   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1065
1066   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1067   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1068
1069   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1070   // Skip debug info if it is not identical.
1071   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1072   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1073   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1074     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1075       I1 = BB1_Itr++;
1076     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1077       I2 = BB2_Itr++;
1078   }
1079   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1080       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1081     return false;
1082
1083   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1084
1085   bool Changed = false;
1086   do {
1087     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1088     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1089     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1090       goto HoistTerminator;
1091
1092     if (!TTI.isProfitableToHoist(I1) || !TTI.isProfitableToHoist(I2))
1093       return Changed;
1094
1095     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1096     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1097     // the now redundant second instruction.
1098     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1099     if (!I2->use_empty())
1100       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1101     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1102     unsigned KnownIDs[] = {
1103       LLVMContext::MD_tbaa,
1104       LLVMContext::MD_range,
1105       LLVMContext::MD_fpmath,
1106       LLVMContext::MD_invariant_load,
1107       LLVMContext::MD_nonnull
1108     };
1109     combineMetadata(I1, I2, KnownIDs);
1110     I2->eraseFromParent();
1111     Changed = true;
1112
1113     I1 = BB1_Itr++;
1114     I2 = BB2_Itr++;
1115     // Skip debug info if it is not identical.
1116     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1117     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1118     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1119       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1120         I1 = BB1_Itr++;
1121       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1122         I2 = BB2_Itr++;
1123     }
1124   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1125
1126   return true;
1127
1128 HoistTerminator:
1129   // It may not be possible to hoist an invoke.
1130   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1131     return Changed;
1132
1133   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1134     PHINode *PN;
1135     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1136          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1137       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1138       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1139       if (BB1V == BB2V)
1140         continue;
1141
1142       // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
1143       // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
1144       if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, PN) ||
1145           passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, PN))
1146        return Changed;
1147
1148       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V, DL))
1149         return Changed;
1150       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V, DL))
1151         return Changed;
1152     }
1153   }
1154
1155   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1156   Instruction *NT = I1->clone();
1157   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1158   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1159     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1160     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1161     NT->takeName(I1);
1162   }
1163
1164   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1165   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1166   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1167   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1168   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1169   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1170   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1171     PHINode *PN;
1172     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1173          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1174       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1175       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1176       if (BB1V == BB2V) continue;
1177
1178       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1179       // that determines the right value.
1180       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1181       if (!SI)
1182         SI = cast<SelectInst>
1183           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1184                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1185
1186       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1187       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1188         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1189           PN->setIncomingValue(i, SI);
1190     }
1191   }
1192
1193   // Update any PHI nodes in our new successors.
1194   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1195     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1196
1197   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1198   return true;
1199 }
1200
1201 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1202 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1203 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1204 /// in the two predecessors to BBEnd.
1205 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1206   assert(BI1->isUnconditional());
1207   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1208   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1209
1210   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1211   // an unconditional branch.
1212   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1213   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1214   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1215     return false;
1216   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1217   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1218     return false;
1219   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1220   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1221   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1222     return false;
1223
1224   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1225   SmallDenseMap<std::pair<Value *, Value *>, PHINode *> JointValueMap;
1226   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
1227   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end(); I != E; ++I) {
1228     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1229       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1230       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1231       JointValueMap[std::make_pair(BB1V, BB2V)] = PN;
1232     } else {
1233       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1234       break;
1235     }
1236   }
1237   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1238     return false;
1239
1240   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1241   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1242   // instructions in an identical order.
1243   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1244                                              RE1 = BB1->getInstList().rend(),
1245                                              RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1246                                              RE2 = BB2->getInstList().rend();
1247   // Skip debug info.
1248   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1249   if (RI1 == RE1)
1250     return false;
1251   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1252   if (RI2 == RE2)
1253     return false;
1254   // Skip the unconditional branches.
1255   ++RI1;
1256   ++RI2;
1257
1258   bool Changed = false;
1259   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1260     // Skip debug info.
1261     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1262     if (RI1 == RE1)
1263       return Changed;
1264     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1265     if (RI2 == RE2)
1266       return Changed;
1267
1268     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1269     auto InstPair = std::make_pair(I1, I2);
1270     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1271     // perform the same operation.
1272     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1273     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1274         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1275         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1276         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1277         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1278         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1279         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1280         !JointValueMap.count(InstPair))
1281       return Changed;
1282
1283     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1284     // TODO: Add support of communativity.
1285     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1286     bool SwapOpnds = false;
1287     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1288         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1289         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1290         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1291          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1292       ICmp2->swapOperands();
1293       SwapOpnds = true;
1294     }
1295     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1296       if (SwapOpnds)
1297         ICmp2->swapOperands();
1298       return Changed;
1299     }
1300
1301     // The operands should be either the same or they need to be generated
1302     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1303     // a single pair of different operands.
1304     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
1305     unsigned Op1Idx = ~0U;
1306     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1307       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1308         continue;
1309       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or if
1310       // we need a PHI node to replace a constant.
1311       if (Op1Idx != ~0U ||
1312           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1313           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1314         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1315         if (SwapOpnds)
1316           ICmp2->swapOperands();
1317         return Changed;
1318       }
1319       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1320       Op1Idx = I;
1321       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1322     }
1323
1324     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n");
1325     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n");
1326
1327     // We insert the pair of different operands to JointValueMap and
1328     // remove (I1, I2) from JointValueMap.
1329     if (Op1Idx != ~0U) {
1330       auto &NewPN = JointValueMap[std::make_pair(DifferentOp1, DifferentOp2)];
1331       if (!NewPN) {
1332         NewPN =
1333             PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1334                             DifferentOp1->getName() + ".sink", BBEnd->begin());
1335         NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1336         NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1337         DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1338       }
1339       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1340       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1341     }
1342     PHINode *OldPN = JointValueMap[InstPair];
1343     JointValueMap.erase(InstPair);
1344
1345     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1346     // instruction in the basic block down.
1347     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1348     // Sink the instruction.
1349     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1350     if (!OldPN->use_empty())
1351       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1352     OldPN->eraseFromParent();
1353
1354     if (!I2->use_empty())
1355       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1356     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1357     // TODO: Use combineMetadata here to preserve what metadata we can
1358     // (analogous to the hoisting case above).
1359     I2->eraseFromParent();
1360
1361     if (UpdateRE1)
1362       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1363     if (UpdateRE2)
1364       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1365     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1366     NumSinkCommons++;
1367     Changed = true;
1368   }
1369   return Changed;
1370 }
1371
1372 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1373 /// conditional block.
1374 ///
1375 /// We are looking for code like the following:
1376 ///   BrBB:
1377 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1378 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1379 ///     ... // function).
1380 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1381 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1382 ///   ThenBB:
1383 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1384 ///     br label EndBB
1385 ///   EndBB:
1386 ///     ...
1387 ///   We are going to transform this into:
1388 ///   BrBB:
1389 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1390 ///     ... //
1391 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1392 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1393 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1394 ///     ...
1395 ///
1396 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1397 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1398 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1399                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1400   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1401   if (!StoreToHoist)
1402     return nullptr;
1403
1404   // Volatile or atomic.
1405   if (!StoreToHoist->isSimple())
1406     return nullptr;
1407
1408   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1409
1410   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1411   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1412   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1413        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1414     Instruction *CurI = &*RI;
1415
1416     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1417     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1418       return nullptr;
1419
1420     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1421     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1422     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1423       // Found the previous store, return its value operand.
1424       return SI->getValueOperand();
1425     else if (SI)
1426       return nullptr; // Unknown store.
1427   }
1428
1429   return nullptr;
1430 }
1431
1432 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1433 ///
1434 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1435 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1436 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1437 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1438 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1439 ///
1440 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1441 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1442 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1443 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1444 ///
1445 ///
1446 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1447 /// \code
1448 ///   BB:
1449 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1450 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1451 ///   ThenBB:
1452 ///     %sub = sub %x, %y
1453 ///     br label BB2
1454 ///   EndBB:
1455 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1456 ///     ...
1457 /// \endcode
1458 ///
1459 /// Into this IR:
1460 /// \code
1461 ///   BB:
1462 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1463 ///     %sub = sub %x, %y
1464 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1465 ///     ...
1466 /// \endcode
1467 ///
1468 /// \returns true if the conditional block is removed.
1469 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1470                                    const DataLayout *DL,
1471                                    const TargetTransformInfo &TTI) {
1472   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1473   Value *BrCond = BI->getCondition();
1474   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1475     return false;
1476
1477   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1478   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1479
1480   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1481   // to swap the select operands later.
1482   bool Invert = false;
1483   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1484     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1485     Invert = true;
1486   }
1487   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1488
1489   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1490   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1491   // - They are defined in BB, and
1492   // - They have no side effects, and
1493   // - All of their uses are in CondBB.
1494   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1495
1496   unsigned SpeculationCost = 0;
1497   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1498   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1499   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1500                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1501        BBI != BBE; ++BBI) {
1502     Instruction *I = BBI;
1503     // Skip debug info.
1504     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1505       continue;
1506
1507     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1508     // terminator) for now.
1509     ++SpeculationCost;
1510     if (SpeculationCost > 1)
1511       return false;
1512
1513     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1514     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
1515         !(HoistCondStores &&
1516           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1517                                                          EndBB))))
1518       return false;
1519     if (!SpeculatedStoreValue &&
1520         ComputeSpeculationCost(I, DL, TTI) > PHINodeFoldingThreshold *
1521         TargetTransformInfo::TCC_Basic)
1522       return false;
1523
1524     // Store the store speculation candidate.
1525     if (SpeculatedStoreValue)
1526       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1527
1528     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1529     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1530     // being sunk into the use block.
1531     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1532          i != e; ++i) {
1533       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1534       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1535           OpI->mayHaveSideEffects())
1536         continue; // Not a candidate for sinking.
1537
1538       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1539     }
1540   }
1541
1542   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1543   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1544   // and so iteration order isn't significant.
1545   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1546            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1547        I != E; ++I)
1548     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1549       ++SpeculationCost;
1550       if (SpeculationCost > 1)
1551         return false;
1552     }
1553
1554   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1555   bool HaveRewritablePHIs = false;
1556   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1557        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1558     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1559     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1560
1561     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1562     // Skip PHIs which are trivial.
1563     if (ThenV == OrigV)
1564       continue;
1565
1566     // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
1567     if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, PN) ||
1568         passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, PN))
1569       return false;
1570
1571     HaveRewritablePHIs = true;
1572     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1573     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1574     if (!OrigCE && !ThenCE)
1575       continue; // Known safe and cheap.
1576
1577     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE, DL)) ||
1578         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE, DL)))
1579       return false;
1580     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, DL, TTI) : 0;
1581     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, DL, TTI) : 0;
1582     unsigned MaxCost = 2 * PHINodeFoldingThreshold *
1583       TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1584     if (OrigCost + ThenCost > MaxCost)
1585       return false;
1586
1587     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1588     // getting expanded into Instructions.
1589     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1590     // constant expression.
1591     ++SpeculationCost;
1592     if (SpeculationCost > 1)
1593       return false;
1594   }
1595
1596   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1597   // as well.
1598   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1599     return false;
1600
1601   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1602   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1603
1604   // Insert a select of the value of the speculated store.
1605   if (SpeculatedStoreValue) {
1606     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1607     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1608     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1609     if (Invert)
1610       std::swap(TrueV, FalseV);
1611     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1612                                     "." + FalseV->getName());
1613     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1614   }
1615
1616   // Hoist the instructions.
1617   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1618                            std::prev(ThenBB->end()));
1619
1620   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1621   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1622   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1623        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1624     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1625     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1626     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1627     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1628
1629     // Skip PHIs which are trivial.
1630     if (OrigV == ThenV)
1631       continue;
1632
1633     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1634     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1635     // destinations were inverted.
1636     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1637     if (Invert)
1638       std::swap(TrueV, FalseV);
1639     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1640                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1641     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1642     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1643   }
1644
1645   ++NumSpeculations;
1646   return true;
1647 }
1648
1649 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1650 /// attribute.
1651 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1652   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1653     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1654     if (!CI)
1655       continue;
1656     if (CI->cannotDuplicate())
1657       return true;
1658   }
1659   return false;
1660 }
1661
1662 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1663 /// across this block.
1664 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1665   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1666   unsigned Size = 0;
1667
1668   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1669     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1670       continue;
1671     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1672     ++Size;
1673
1674     // We can only support instructions that do not define values that are
1675     // live outside of the current basic block.
1676     for (User *U : BBI->users()) {
1677       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1678       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1679     }
1680
1681     // Looks ok, continue checking.
1682   }
1683
1684   return true;
1685 }
1686
1687 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1688 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1689 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1690 /// ultimate destination.
1691 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1692   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1693   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1694   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1695   // outside of the block.
1696   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1697     return false;
1698
1699   // Degenerate case of a single entry PHI.
1700   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1701     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1702     return true;
1703   }
1704
1705   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1706   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1707
1708   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1709
1710   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1711   // constants.
1712   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1713     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1714     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1715
1716     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1717     // branch to RealDest.
1718     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1719     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1720
1721     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1722     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1723     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1724
1725     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1726     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1727     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1728     // the edge we are about to create.
1729     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1730                                             RealDest->getName()+".critedge",
1731                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1732     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1733
1734     // Update PHI nodes.
1735     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1736
1737     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1738     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1739     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1740     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1741     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1742     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1743       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1744         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1745         continue;
1746       }
1747       // Clone the instruction.
1748       Instruction *N = BBI->clone();
1749       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1750
1751       // Update operands due to translation.
1752       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1753            i != e; ++i) {
1754         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1755         if (PI != TranslateMap.end())
1756           *i = PI->second;
1757       }
1758
1759       // Check for trivial simplification.
1760       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1761         TranslateMap[BBI] = V;
1762         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1763       } else {
1764         // Insert the new instruction into its new home.
1765         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1766         if (!BBI->use_empty())
1767           TranslateMap[BBI] = N;
1768       }
1769     }
1770
1771     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1772     // to EdgeBB instead.
1773     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1774     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1775       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1776         BB->removePredecessor(PredBB);
1777         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1778       }
1779
1780     // Recurse, simplifying any other constants.
1781     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1782   }
1783
1784   return false;
1785 }
1786
1787 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1788 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1789 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *DL,
1790                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
1791   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1792   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1793   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1794   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1795   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1796   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1797   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1798   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1799   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1800   if (!IfCond ||
1801       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1802       isa<ConstantInt>(IfCond))
1803     return false;
1804
1805   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1806   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1807   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1808   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1809   // fewer PHI nodes in this block.
1810   unsigned NumPhis = 0;
1811   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1812     if (NumPhis > 2)
1813       return false;
1814
1815   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1816   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1817   // that need to be moved to the dominating block.
1818   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1819   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1820            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1821   MaxCostVal0 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1822   MaxCostVal1 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1823
1824   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1825     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1826     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1827       PN->replaceAllUsesWith(V);
1828       PN->eraseFromParent();
1829       continue;
1830     }
1831
1832     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1833                              MaxCostVal0, DL, TTI) ||
1834         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1835                              MaxCostVal1, DL, TTI))
1836       return false;
1837   }
1838
1839   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1840   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1841   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1842   if (!PN) return true;
1843
1844   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1845   // often be turned into switches and other things.
1846   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1847       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1848        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1849        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1850     return false;
1851
1852   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1853   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1854   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1855   // worth promoting to select instructions.
1856   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
1857   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1858   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1859   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1860     IfBlock1 = nullptr;
1861   } else {
1862     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1863     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1864       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1865         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1866         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1867         // flow, so the xform is not worth it.
1868         return false;
1869       }
1870   }
1871
1872   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1873     IfBlock2 = nullptr;
1874   } else {
1875     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1876     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1877       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1878         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1879         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1880         // flow, so the xform is not worth it.
1881         return false;
1882       }
1883   }
1884
1885   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1886                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1887
1888   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1889   // do all of the PHI's now.
1890   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1891   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1892
1893   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1894   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1895   if (IfBlock1)
1896     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1897                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1898                                    IfBlock1->getTerminator());
1899   if (IfBlock2)
1900     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1901                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1902                                    IfBlock2->getTerminator());
1903
1904   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1905     // Change the PHI node into a select instruction.
1906     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1907     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1908
1909     SelectInst *NV =
1910       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1911     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1912     NV->takeName(PN);
1913     PN->eraseFromParent();
1914   }
1915
1916   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1917   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1918   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1919   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1920   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1921   Builder.CreateBr(BB);
1922   OldTI->eraseFromParent();
1923   return true;
1924 }
1925
1926 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1927 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1928 /// introducing a select if the return values disagree.
1929 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1930                                            IRBuilder<> &Builder) {
1931   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1932   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1933   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1934   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1935   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1936
1937   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1938   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1939   // computation on one path or the other.
1940   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1941     return false;
1942   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1943     return false;
1944
1945   Builder.SetInsertPoint(BI);
1946   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1947   // there is no return value for this function, just change the
1948   // branch into a return.
1949   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1950     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1951     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1952     Builder.CreateRetVoid();
1953     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1954     return true;
1955   }
1956
1957   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1958   // so we can insert a new select instruction.
1959   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1960   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1961
1962   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1963   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1964     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1965       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1966   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1967     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1968       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1969
1970   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1971   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1972   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1973   // constant expression that prevents this transformation from being
1974   // safe.
1975   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1976     if (TCV->canTrap())
1977       return false;
1978   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1979     if (FCV->canTrap())
1980       return false;
1981
1982   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1983   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1984   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1985   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1986
1987   // Insert select instructions where needed.
1988   Value *BrCond = BI->getCondition();
1989   if (TrueValue) {
1990     // Insert a select if the results differ.
1991     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1992     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1993       TrueValue = FalseValue;
1994     } else {
1995       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1996                                        FalseValue, "retval");
1997     }
1998   }
1999
2000   Value *RI = !TrueValue ?
2001     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
2002
2003   (void) RI;
2004
2005   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
2006                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
2007                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
2008
2009   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2010
2011   return true;
2012 }
2013
2014 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
2015 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
2016 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
2017 /// found.
2018 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
2019                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
2020   assert(BI->isConditional() &&
2021          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
2022   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
2023   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
2024   ConstantInt *CITrue =
2025       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
2026   ConstantInt *CIFalse =
2027       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
2028   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
2029   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
2030   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
2031   return true;
2032 }
2033
2034 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
2035 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
2036 ///
2037 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
2038   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
2039     return false;
2040   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
2041     Instruction *PBI = &*I;
2042     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
2043     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
2044       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
2045       Inst->eraseFromParent();
2046       return true;
2047     }
2048   }
2049   return false;
2050 }
2051
2052 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
2053 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
2054 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
2055 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2056                                   unsigned BonusInstThreshold) {
2057   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2058
2059   Instruction *Cond = nullptr;
2060   if (BI->isConditional())
2061     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2062   else {
2063     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2064     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2065     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2066     // predecessor.
2067     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2068       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2069         if (PBI->isConditional() &&
2070             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2071              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2072           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2073                I != E; ) {
2074             Instruction *Curr = I++;
2075             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2076               Cond = Curr;
2077               break;
2078             }
2079             // Quit if we can't remove this instruction.
2080             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2081               return false;
2082           }
2083         }
2084
2085     if (!Cond)
2086       return false;
2087   }
2088
2089   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2090       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2091   return false;
2092
2093   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2094   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2095
2096   // Ignore dbg intrinsics.
2097   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2098
2099   if (&*CondIt != BI)
2100     return false;
2101
2102   // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
2103   // too many instructions and these involved instructions can be executed
2104   // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
2105   // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
2106   // number of the bonus instructions does not exceed a certain threshold.
2107   unsigned NumBonusInsts = 0;
2108   for (auto I = BB->begin(); Cond != I; ++I) {
2109     // Ignore dbg intrinsics.
2110     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2111       continue;
2112     if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
2113       return false;
2114     // I has only one use and can be executed unconditionally.
2115     Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
2116     if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
2117       return false;
2118     // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
2119     // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
2120     // and Cond.
2121     ++NumBonusInsts;
2122     // Early exits once we reach the limit.
2123     if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
2124       return false;
2125   }
2126
2127   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2128   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2129   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2130     if (CE->canTrap())
2131       return false;
2132   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2133     if (CE->canTrap())
2134       return false;
2135
2136   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2137   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2138   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2139   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2140     return false;
2141
2142   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2143     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2144     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2145
2146     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2147     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2148     // blocks.
2149     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2150     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2151         (BI->isConditional() &&
2152          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2153         (!BI->isConditional() &&
2154          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2155       continue;
2156
2157     // Determine if the two branches share a common destination.
2158     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2159     bool InvertPredCond = false;
2160
2161     if (BI->isConditional()) {
2162       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2163         Opc = Instruction::Or;
2164       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2165         Opc = Instruction::And;
2166       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2167         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2168       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2169         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2170       else
2171         continue;
2172     } else {
2173       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2174         continue;
2175     }
2176
2177     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2178     IRBuilder<> Builder(PBI);
2179
2180     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2181     if (InvertPredCond) {
2182       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2183
2184       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2185         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2186         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2187       } else {
2188         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2189                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2190       }
2191
2192       PBI->setCondition(NewCond);
2193       PBI->swapSuccessors();
2194     }
2195
2196     // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
2197     // Note that there may be mutliple predecessor blocks, so we cannot move
2198     // bonus instructions to a predecessor block.
2199     ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
2200     // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
2201     // every instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
2202     // instructions.
2203     for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != BonusInst; ++BonusInst) {
2204       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
2205         continue;
2206       Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
2207       RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
2208                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2209       VMap[BonusInst] = NewBonusInst;
2210
2211       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2212       // its potential value. The previous information might have been valid
2213       // only given the branch precondition.
2214       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2215       // semantics we don't understand.
2216       NewBonusInst->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
2217
2218       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonusInst);
2219       NewBonusInst->takeName(BonusInst);
2220       BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
2221     }
2222
2223     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2224     // two conditions together.
2225     Instruction *New = Cond->clone();
2226     RemapInstruction(New, VMap,
2227                      RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2228     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2229     New->takeName(Cond);
2230     Cond->setName(New->getName() + ".old");
2231
2232     if (BI->isConditional()) {
2233       Instruction *NewCond =
2234         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2235                                             New, "or.cond"));
2236       PBI->setCondition(NewCond);
2237
2238       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2239       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2240                                                   PredFalseWeight);
2241       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2242                                                   SuccFalseWeight);
2243       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2244
2245       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2246         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2247           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2248           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2249           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2250           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2251           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2252           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2253           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2254           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2255           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2256                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2257         }
2258         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2259         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2260       }
2261       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2262         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2263           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2264           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2265           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2266           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2267           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2268               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2269           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2270           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2271         }
2272         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2273         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2274       }
2275       if (NewWeights.size() == 2) {
2276         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2277         FitWeights(NewWeights);
2278
2279         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2280         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2281                          MDBuilder(BI->getContext()).
2282                          createBranchWeights(MDWeights));
2283       } else
2284         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2285     } else {
2286       // Update PHI nodes in the common successors.
2287       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2288         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2289           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2290         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2291         Instruction *MergedCond = nullptr;
2292         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2293           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2294           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2295           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2296           Instruction *NotCond =
2297             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2298                                 "not.cond"));
2299           MergedCond =
2300             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2301                                 NotCond, New,
2302                                 "and.cond"));
2303           if (PBI_C->isOne())
2304             MergedCond =
2305               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2306                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2307                                   "or.cond"));
2308         } else {
2309           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2310           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2311           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2312           MergedCond =
2313             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2314                                 PBI->getCondition(), New,
2315                                 "and.cond"));
2316           if (PBI_C->isOne()) {
2317             Instruction *NotCond =
2318               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2319                                   "not.cond"));
2320             MergedCond =
2321               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2322                                   NotCond, MergedCond,
2323                                   "or.cond"));
2324           }
2325         }
2326         // Update PHI Node.
2327         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2328                                   MergedCond);
2329       }
2330       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2331       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2332       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2333       PBI = New_PBI;
2334     }
2335
2336     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2337     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2338
2339     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2340     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2341       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2342         I->clone()->insertBefore(PBI);
2343
2344     return true;
2345   }
2346   return false;
2347 }
2348
2349 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2350 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2351 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2352 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2353 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2354   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2355   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2356
2357   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2358   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2359   // this conditional branch redundant.
2360   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2361       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2362     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2363     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2364     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2365       // Turn this into a branch on constant.
2366       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2367       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2368                                         CondIsTrue));
2369       return true;  // Nuke the branch on constant.
2370     }
2371
2372     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2373     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2374     // simplifycfg will thread the block.
2375     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2376       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2377       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2378                                        std::distance(PB, PE),
2379                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2380                                        BB->begin());
2381       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2382       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2383       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2384       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2385         BasicBlock *P = *PI;
2386         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2387             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2388             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2389             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2390           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2391           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2392                                               CondIsTrue), P);
2393         } else {
2394           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2395         }
2396       }
2397
2398       BI->setCondition(NewPN);
2399       return true;
2400     }
2401   }
2402
2403   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2404   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
2405   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2406   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2407   // Ignore dbg intrinsics.
2408   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2409     ++BBI;
2410   if (&*BBI != BI)
2411     return false;
2412
2413
2414   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2415     if (CE->canTrap())
2416       return false;
2417
2418   int PBIOp, BIOp;
2419   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2420     PBIOp = BIOp = 0;
2421   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2422     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2423   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2424     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2425   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2426     PBIOp = BIOp = 1;
2427   else
2428     return false;
2429
2430   // Check to make sure that the other destination of this branch
2431   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2432   // keep getting unwound.
2433   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2434     return false;
2435
2436   // Do not perform this transformation if it would require
2437   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2438   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2439
2440   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
2441   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
2442   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
2443
2444   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2445   unsigned NumPhis = 0;
2446   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2447        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis) {
2448     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2449       return false;
2450
2451     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
2452     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2453     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
2454       if (CE->canTrap())
2455         return false;
2456
2457     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2458     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2459     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
2460       if (CE->canTrap())
2461         return false;
2462   }
2463
2464   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2465   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2466
2467   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2468                << "AND: " << *BI->getParent());
2469
2470
2471   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2472   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2473   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2474   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2475   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2476   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2477   // infinite loop with no cond branch.
2478   if (OtherDest == BB) {
2479     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2480     // or it won't matter if it's hot. :)
2481     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2482                                                   "infloop", BB->getParent());
2483     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2484     OtherDest = InfLoopBlock;
2485   }
2486
2487   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2488
2489   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2490   // it alone, but modify PBI.
2491
2492   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2493   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2494   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2495   if (PBIOp)
2496     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2497
2498   Value *BICond = BI->getCondition();
2499   if (BIOp)
2500     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2501
2502   // Merge the conditions.
2503   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2504
2505   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2506   PBI->setCondition(Cond);
2507   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2508   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2509
2510   // Update branch weight for PBI.
2511   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2512   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2513                                               PredFalseWeight);
2514   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2515                                               SuccFalseWeight);
2516   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2517     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2518     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2519     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2520     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2521     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2522     //                                    PredOther * SuccCommon.
2523     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2524     uint64_t NewWeights[2] = {PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2525                                   PredOther * SuccCommon,
2526                               PredOther * SuccOther};
2527     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2528     FitWeights(NewWeights);
2529
2530     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2531                      MDBuilder(BI->getContext())
2532                          .createBranchWeights(NewWeights[0], NewWeights[1]));
2533   }
2534
2535   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2536   // block that are identical to the entries for BI's block.
2537   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2538
2539   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2540   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2541   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2542   // them agree.
2543   PHINode *PN;
2544   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2545        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2546     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2547     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2548     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2549     if (BIV != PBIV) {
2550       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2551       Value *NV = cast<SelectInst>
2552         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2553       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2554     }
2555   }
2556
2557   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2558   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2559
2560   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2561   // one fewer predecessor.
2562   return true;
2563 }
2564
2565 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2566 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2567 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2568 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2569 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2570 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2571                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2572                                        uint32_t TrueWeight,
2573                                        uint32_t FalseWeight){
2574   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2575   // First, figure out which successors to preserve.
2576   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2577   // successor.
2578   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2579   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
2580
2581   // Then remove the rest.
2582   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2583     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2584     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2585     if (Succ == KeepEdge1)
2586       KeepEdge1 = nullptr;
2587     else if (Succ == KeepEdge2)
2588       KeepEdge2 = nullptr;
2589     else
2590       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2591   }
2592
2593   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2594   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2595
2596   // Insert an appropriate new terminator.
2597   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
2598     if (TrueBB == FalseBB)
2599       // We were only looking for one successor, and it was present.
2600       // Create an unconditional branch to it.
2601       Builder.CreateBr(TrueBB);
2602     else {
2603       // We found both of the successors we were looking for.
2604       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2605       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2606       if (TrueWeight != FalseWeight)
2607         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2608                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2609                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2610     }
2611   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2612     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2613     // terminator must be unreachable.
2614     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2615   } else {
2616     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2617     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2618     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2619     if (!KeepEdge1)
2620       // Only TrueBB was found.
2621       Builder.CreateBr(TrueBB);
2622     else
2623       // Only FalseBB was found.
2624       Builder.CreateBr(FalseBB);
2625   }
2626
2627   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2628   return true;
2629 }
2630
2631 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2632 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2633 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2634 // unconditional otherwise.
2635 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2636   // Check for constant integer values in the select.
2637   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2638   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2639   if (!TrueVal || !FalseVal)
2640     return false;
2641
2642   // Find the relevant condition and destinations.
2643   Value *Condition = Select->getCondition();
2644   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2645   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2646
2647   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2648   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2649   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2650   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2651   if (HasWeights) {
2652     GetBranchWeights(SI, Weights);
2653     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2654       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2655                                      getSuccessorIndex()];
2656       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2657                                       getSuccessorIndex()];
2658     }
2659   }
2660
2661   // Perform the actual simplification.
2662   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2663                                     TrueWeight, FalseWeight);
2664 }
2665
2666 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2667 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2668 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2669 // with
2670 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2671 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2672   // Check that both operands of the select are block addresses.
2673   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2674   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2675   if (!TBA || !FBA)
2676     return false;
2677
2678   // Extract the actual blocks.
2679   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2680   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2681
2682   // Perform the actual simplification.
2683   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2684                                     0, 0);
2685 }
2686
2687 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2688 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2689 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2690 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2691 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2692 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2693 /// like:
2694 ///
2695 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2696 /// DEFAULT:
2697 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2698 ///   br label %end
2699 /// end:
2700 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2701 ///
2702 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2703 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2704 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2705     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2706     unsigned BonusInstThreshold, const DataLayout *DL, AssumptionCache *AC) {
2707   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2708
2709   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2710   // complex.
2711   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2712
2713   Value *V = ICI->getOperand(0);
2714   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2715
2716   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2717   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2718   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2719   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2720   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2721
2722   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2723   if (SI->getCondition() != V)
2724     return false;
2725
2726   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2727   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2728   // away.
2729   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2730     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2731     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2732     ICI->setOperand(0, VVal);
2733
2734     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
2735       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2736       ICI->eraseFromParent();
2737     }
2738     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2739     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
2740   }
2741
2742   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2743   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2744   // and zap it.
2745   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2746     Value *V;
2747     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2748       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2749     else
2750       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2751
2752     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2753     ICI->eraseFromParent();
2754     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2755     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
2756   }
2757
2758   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2759   // the block.
2760   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2761   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
2762   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2763       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2764     return false;
2765
2766   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2767   // true in the PHI.
2768   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2769   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2770
2771   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2772     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2773
2774   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2775   // false depending on if it is EQ or NE.
2776   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2777   ICI->eraseFromParent();
2778
2779   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2780   // the switch to the merge point on the compared value.
2781   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2782                                          BB->getParent(), BB);
2783   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2784   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2785   if (HasWeights) {
2786     GetBranchWeights(SI, Weights);
2787     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2788       // Split weight for default case to case for "Cst".
2789       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2790       Weights.push_back(Weights[0]);
2791
2792       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2793       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2794                       MDBuilder(SI->getContext()).
2795                       createBranchWeights(MDWeights));
2796     }
2797   }
2798   SI->addCase(Cst, NewBB);
2799
2800   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2801   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2802   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2803   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2804   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2805   return true;
2806 }
2807
2808 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2809 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2810 /// fold it into a switch instruction if so.
2811 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2812                                       IRBuilder<> &Builder) {
2813   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2814   if (!Cond) return false;
2815
2816   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2817   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2818   // 'setne's and'ed together, collect them.
2819
2820   // Try to gather values from a chain of and/or to be turned into a switch
2821   ConstantComparesGatherer ConstantCompare(Cond, DL);
2822   // Unpack the result
2823   SmallVectorImpl<ConstantInt*> &Values = ConstantCompare.Vals;
2824   Value *CompVal = ConstantCompare.CompValue;
2825   unsigned UsedICmps = ConstantCompare.UsedICmps;
2826   Value *ExtraCase = ConstantCompare.Extra;
2827
2828   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2829   if (!CompVal) return false;
2830
2831   // Avoid turning single icmps into a switch.
2832   if (UsedICmps <= 1)
2833     return false;
2834
2835   bool TrueWhenEqual = (Cond->getOpcode() == Instruction::Or);
2836
2837   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2838   // instruction can't handle, remove them now.
2839   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2840   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2841
2842   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2843   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2844   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2845
2846   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2847   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2848
2849   // Figure out which block is which destination.
2850   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2851   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2852   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2853
2854   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2855
2856   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2857                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2858
2859   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2860   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2861   // right before the condbr to handle it.
2862   if (ExtraCase) {
2863     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2864     // Remove the uncond branch added to the old block.
2865     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2866     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2867
2868     if (TrueWhenEqual)
2869       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2870     else
2871       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2872
2873     OldTI->eraseFromParent();
2874
2875     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2876     // for the edge we just added.
2877     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2878
2879     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2880           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2881     BB = NewBB;
2882   }
2883
2884   Builder.SetInsertPoint(BI);
2885   // Convert pointer to int before we switch.
2886   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2887     assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2888     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2889                                      DL->getIntPtrType(CompVal->getType()),
2890                                      "magicptr");
2891   }
2892
2893   // Create the new switch instruction now.
2894   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2895
2896   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2897   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2898     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2899
2900   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2901   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2902   // the number of edges added.
2903   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2904        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2905     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2906     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2907     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2908       PN->addIncoming(InVal, BB);
2909   }
2910
2911   // Erase the old branch instruction.
2912   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2913
2914   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2915   return true;
2916 }
2917
2918 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2919   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2920   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2921   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2922   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2923   if (RI->getValue() != LPInst)
2924     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2925     // caused control to branch here.
2926     return false;
2927
2928   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2929   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2930   while (++I != E)
2931     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2932       return false;
2933
2934   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2935   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2936     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2937     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2938     // Insert a call instruction before the invoke.
2939     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2940     Call->takeName(II);
2941     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2942     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2943     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2944
2945     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2946     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2947     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2948     // updated.
2949     II->replaceAllUsesWith(Call);
2950     BB->removePredecessor(II->getParent());
2951
2952     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2953     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2954
2955     // Finally, delete the invoke instruction!
2956     II->eraseFromParent();
2957   }
2958
2959   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2960   BB->eraseFromParent();
2961   return true;
2962 }
2963
2964 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2965   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2966   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2967
2968   // Find predecessors that end with branches.
2969   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2970   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2971   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2972     BasicBlock *P = *PI;
2973     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2974     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2975       if (BI->isUnconditional())
2976         UncondBranchPreds.push_back(P);
2977       else
2978         CondBranchPreds.push_back(BI);
2979     }
2980   }
2981
2982   // If we found some, do the transformation!
2983   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2984     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2985       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2986       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2987             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2988       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2989     }
2990
2991     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2992     if (pred_empty(BB))
2993       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2994       BB->eraseFromParent();
2995
2996     return true;
2997   }
2998
2999   // Check out all of the conditional branches going to this return
3000   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
3001   // branch itself into a select/return pair.
3002   while (!CondBranchPreds.empty()) {
3003     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
3004
3005     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
3006     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
3007         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
3008         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
3009       return true;
3010   }
3011   return false;
3012 }
3013
3014 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
3015   BasicBlock *BB = UI->getParent();
3016
3017   bool Changed = false;
3018
3019   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
3020   // be removed, do so.
3021   while (UI != BB->begin()) {
3022     BasicBlock::iterator BBI = UI;
3023     --BBI;
3024     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
3025     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
3026     // operations may have this effect.
3027     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
3028
3029     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3030       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3031         if (SI->isVolatile())
3032           break;
3033       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3034         if (LI->isVolatile())
3035           break;
3036       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3037         if (RMWI->isVolatile())
3038           break;
3039       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3040         if (CXI->isVolatile())
3041           break;
3042       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3043                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3044         break;
3045       }
3046       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3047       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3048       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3049       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3050     }
3051
3052     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3053     if (!BBI->use_empty())
3054       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3055     BBI->eraseFromParent();
3056     Changed = true;
3057   }
3058
3059   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3060   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3061   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3062
3063   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3064   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3065     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3066     IRBuilder<> Builder(TI);
3067     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3068       if (BI->isUnconditional()) {
3069         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3070           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3071           TI->eraseFromParent();
3072           Changed = true;
3073         }
3074       } else {
3075         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3076           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3077           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3078         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3079           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3080           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3081           Changed = true;
3082         }
3083       }
3084     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3085       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3086            i != e; ++i)
3087         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3088           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3089           SI->removeCase(i);
3090           --i; --e;
3091           Changed = true;
3092         }
3093     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3094       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3095         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3096         // place to note that the call does not throw though.
3097         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3098         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3099
3100         // Insert the call now...
3101         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3102         Builder.SetInsertPoint(BI);
3103         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3104                                           Args, II->getName());
3105         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3106         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3107         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3108         II->replaceAllUsesWith(CI);
3109         delete II;
3110         Changed = true;
3111       }
3112     }
3113   }
3114
3115   // If this block is now dead, remove it.
3116   if (pred_empty(BB) &&
3117       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3118     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3119     BB->eraseFromParent();
3120     return true;
3121   }
3122
3123   return Changed;
3124 }
3125
3126 static bool CasesAreContiguous(SmallVectorImpl<ConstantInt *> &Cases) {
3127   assert(Cases.size() >= 1);
3128
3129   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3130   for (size_t I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3131     if (Cases[I - 1]->getValue() != Cases[I]->getValue() + 1)
3132       return false;
3133   }
3134   return true;
3135 }
3136
3137 /// Turn a switch with two reachable destinations into an integer range
3138 /// comparison and branch.
3139 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3140   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3141
3142   bool HasDefault =
3143       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
3144
3145   // Partition the cases into two sets with different destinations.
3146   BasicBlock *DestA = HasDefault ? SI->getDefaultDest() : nullptr;
3147   BasicBlock *DestB = nullptr;
3148   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesA;
3149   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesB;
3150
3151   for (SwitchInst::CaseIt I : SI->cases()) {
3152     BasicBlock *Dest = I.getCaseSuccessor();
3153     if (!DestA) DestA = Dest;
3154     if (Dest == DestA) {
3155       CasesA.push_back(I.getCaseValue());
3156       continue;
3157     }
3158     if (!DestB) DestB = Dest;
3159     if (Dest == DestB) {
3160       CasesB.push_back(I.getCaseValue());
3161       continue;
3162     }
3163     return false;  // More than two destinations.
3164   }
3165
3166   assert(DestA && DestB && "Single-destination switch should have been folded.");
3167   assert(DestA != DestB);
3168   assert(DestB != SI->getDefaultDest());
3169   assert(!CasesB.empty() && "There must be non-default cases.");
3170   assert(!CasesA.empty() || HasDefault);
3171
3172   // Figure out if one of the sets of cases form a contiguous range.
3173   SmallVectorImpl<ConstantInt *> *ContiguousCases = nullptr;
3174   BasicBlock *ContiguousDest = nullptr;
3175   BasicBlock *OtherDest = nullptr;
3176   if (!CasesA.empty() && CasesAreContiguous(CasesA)) {
3177     ContiguousCases = &CasesA;
3178     ContiguousDest = DestA;
3179     OtherDest = DestB;
3180   } else if (CasesAreContiguous(CasesB)) {
3181     ContiguousCases = &CasesB;
3182     ContiguousDest = DestB;
3183     OtherDest = DestA;
3184   } else
3185     return false;
3186
3187   // Start building the compare and branch.
3188
3189   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(ContiguousCases->back());
3190   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), ContiguousCases->size());
3191
3192   Value *Sub = SI->getCondition();
3193   if (!Offset->isNullValue())
3194     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName() + ".off");
3195
3196   Value *Cmp;
3197   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3198   if (NumCases->isNullValue() && !ContiguousCases->empty())
3199     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3200   else
3201     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3202   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cmp, ContiguousDest, OtherDest);
3203
3204   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3205   if (HasBranchWeights(SI)) {
3206     SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3207     GetBranchWeights(SI, Weights);
3208     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3209       uint64_t TrueWeight = 0;
3210       uint64_t FalseWeight = 0;
3211       for (size_t I = 0, E = Weights.size(); I != E; ++I) {
3212         if (SI->getSuccessor(I) == ContiguousDest)
3213           TrueWeight += Weights[I];
3214         else
3215           FalseWeight += Weights[I];
3216       }
3217       while (TrueWeight > UINT32_MAX || FalseWeight > UINT32_MAX) {
3218         TrueWeight /= 2;
3219         FalseWeight /= 2;
3220       }
3221       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3222                          MDBuilder(SI->getContext()).createBranchWeights(
3223                              (uint32_t)TrueWeight, (uint32_t)FalseWeight));
3224     }
3225   }
3226
3227   // Prune obsolete incoming values off the successors' PHI nodes.
3228   for (auto BBI = ContiguousDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3229     unsigned PreviousEdges = ContiguousCases->size();
3230     if (ContiguousDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3231     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3232       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3233   }
3234   for (auto BBI = OtherDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3235     unsigned PreviousEdges = SI->getNumCases() - ContiguousCases->size();
3236     if (OtherDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3237     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3238       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3239   }
3240
3241   // Drop the switch.
3242   SI->eraseFromParent();
3243
3244   return true;
3245 }
3246
3247 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3248 /// and use it to remove dead cases.
3249 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, const DataLayout *DL,
3250                                      AssumptionCache *AC) {
3251   Value *Cond = SI->getCondition();
3252   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3253   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3254   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AC, SI);
3255
3256   // Gather dead cases.
3257   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3258   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3259     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3260         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3261       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3262       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3263                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3264     }
3265   }
3266
3267   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3268   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3269   if (HasWeight) {
3270     GetBranchWeights(SI, Weights);
3271     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3272   }
3273
3274   // Remove dead cases from the switch.
3275   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3276     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3277     assert(Case != SI->case_default() &&
3278            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3279     if (HasWeight) {
3280       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3281       Weights.pop_back();
3282     }
3283
3284     // Prune unused values from PHI nodes.
3285     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3286     SI->removeCase(Case);
3287   }
3288   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3289     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3290     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3291                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3292                     createBranchWeights(MDWeights));
3293   }
3294
3295   return !DeadCases.empty();
3296 }
3297
3298 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3299 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3300 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3301 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3302 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3303 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3304                                               BasicBlock *BB,
3305                                               int *PhiIndex) {
3306   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3307     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3308   if (!BB->getSinglePredecessor())
3309     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
3310
3311   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3312   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3313     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
3314
3315   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3316
3317   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3318   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3319     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3320     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3321
3322     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3323     if (InValue != CaseValue) continue;
3324
3325     *PhiIndex = Idx;
3326     return PHI;
3327   }
3328
3329   return nullptr;
3330 }
3331
3332 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3333 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3334 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3335 /// Returns true if a change is made.
3336 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3337   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3338   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3339
3340   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3341     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3342     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3343
3344     int PhiIndex;
3345     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3346                                                  &PhiIndex);
3347     if (!PHI) continue;
3348
3349     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3350   }
3351
3352   bool Changed = false;
3353
3354   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3355        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3356     PHINode *Phi = I->first;
3357     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3358
3359     if (Indexes.size() < 2) continue;
3360
3361     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3362       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3363     Changed = true;
3364   }
3365
3366   return Changed;
3367 }
3368
3369 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3370 /// initializing an array of constants like C.
3371 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3372   if (C->isThreadDependent())
3373     return false;
3374   if (C->isDLLImportDependent())
3375     return false;
3376
3377   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3378     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3379
3380   return isa<ConstantFP>(C) ||
3381       isa<ConstantInt>(C) ||
3382       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3383       isa<GlobalValue>(C) ||
3384       isa<UndefValue>(C);
3385 }
3386
3387 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3388 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3389 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3390                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3391   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3392     return C;
3393   return ConstantPool.lookup(V);
3394 }
3395
3396 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3397 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3398 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3399 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3400 static Constant *
3401 ConstantFold(Instruction *I,
3402              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool,
3403              const DataLayout *DL) {
3404   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3405     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3406     if (!A)
3407       return nullptr;
3408     if (A->isAllOnesValue())
3409       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3410     if (A->isNullValue())
3411       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3412     return nullptr;
3413   }
3414
3415   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3416   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3417     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3418       COps.push_back(A);
3419     else
3420       return nullptr;
3421   }
3422
3423   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I))
3424     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3425                                            COps[1], DL);
3426
3427   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3428 }
3429
3430 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3431 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3432 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3433 /// case), of a switch instruction SI.
3434 static bool
3435 GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3436                ConstantInt *CaseVal,
3437                BasicBlock *CaseDest,
3438                BasicBlock **CommonDest,
3439                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *> > &Res,
3440                const DataLayout *DL) {
3441   // The block from which we enter the common destination.
3442   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3443
3444   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3445   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3446   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3447   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3448   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3449        ++I) {
3450     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3451       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3452       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3453         return false;
3454       Pred = CaseDest;
3455       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3456     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3457       // Skip debug intrinsic.
3458       continue;
3459     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool, DL)) {
3460       // Instruction is side-effect free and constant.
3461
3462       // If the instruction has uses outside this block or a phi node slot for
3463       // the block, it is not safe to bypass the instruction since it would then
3464       // no longer dominate all its uses.
3465       for (auto &Use : I->uses()) {
3466         User *User = Use.getUser();
3467         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(User))
3468           if (I->getParent() == CaseDest)
3469             continue;
3470         if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(User))
3471           if (Phi->getIncomingBlock(Use) == CaseDest)
3472             continue;
3473         return false;
3474       }
3475
3476       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3477     } else {
3478       break;
3479     }
3480   }
3481
3482   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3483   if (!*CommonDest)
3484     *CommonDest = CaseDest;
3485   // If the destination isn't the common one, abort.
3486   if (CaseDest != *CommonDest)
3487     return false;
3488
3489   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3490   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3491   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3492     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3493     if (Idx == -1)
3494       continue;
3495
3496     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3497                                         ConstantPool);
3498     if (!ConstVal)
3499       return false;
3500
3501     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3502     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3503       return false;
3504
3505     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3506   }
3507
3508   return Res.size() > 0;
3509 }
3510
3511 // MapCaseToResult - Helper function used to
3512 // add CaseVal to the list of cases that generate Result.
3513 static void MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
3514     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3515     Constant *Result) {
3516   for (auto &I : UniqueResults) {
3517     if (I.first == Result) {
3518       I.second.push_back(CaseVal);
3519       return;
3520     }
3521   }
3522   UniqueResults.push_back(std::make_pair(Result,
3523         SmallVector<ConstantInt*, 4>(1, CaseVal)));
3524 }
3525
3526 // InitializeUniqueCases - Helper function that initializes a map containing
3527 // results for the PHI node of the common destination block for a switch
3528 // instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
3529 // there is not a common destination block for the switch.
3530 static bool InitializeUniqueCases(
3531     SwitchInst *SI, const DataLayout *DL, PHINode *&PHI,
3532     BasicBlock *&CommonDest,
3533     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3534     Constant *&DefaultResult) {
3535   for (auto &I : SI->cases()) {
3536     ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
3537
3538     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3539     SwitchCaseResultsTy Results;
3540     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
3541                         DL))
3542       return false;
3543
3544     // Only one value per case is permitted
3545     if (Results.size() > 1)
3546       return false;
3547     MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
3548
3549     // Check the PHI consistency.
3550     if (!PHI)
3551       PHI = Results[0].first;
3552     else if (PHI != Results[0].first)
3553       return false;
3554   }
3555   // Find the default result value.
3556   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
3557   BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
3558   GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
3559                  DL);
3560   // If the default value is not found abort unless the default destination
3561   // is unreachable.
3562   DefaultResult =
3563       DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
3564   if ((!DefaultResult &&
3565         !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
3566     return false;
3567
3568   return true;
3569 }
3570
3571 // ConvertTwoCaseSwitch - Helper function that checks if it is possible to
3572 // transform a switch with only two cases (or two cases + default)
3573 // that produces a result into a value select.
3574 // Example:
3575 // switch (a) {
3576 //   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
3577 //     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
3578 //   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
3579 //     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
3580 //   default:
3581 //     return 4;
3582 // }
3583 static Value *
3584 ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
3585                      Constant *DefaultResult, Value *Condition,
3586                      IRBuilder<> &Builder) {
3587   assert(ResultVector.size() == 2 &&
3588       "We should have exactly two unique results at this point");
3589   // If we are selecting between only two cases transform into a simple
3590   // select or a two-way select if default is possible.
3591   if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
3592       ResultVector[1].second.size() == 1) {
3593     ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
3594     ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
3595
3596     bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
3597     Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
3598     if (DefaultCanTrigger) {
3599       Value *const ValueCompare =
3600           Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
3601       SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
3602                                          DefaultResult, "switch.select");
3603     }
3604     Value *const ValueCompare =
3605         Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
3606     return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first, SelectValue,
3607                                 "switch.select");
3608   }
3609
3610   return nullptr;
3611 }
3612
3613 // RemoveSwitchAfterSelectConversion - Helper function to cleanup a switch
3614 // instruction that has been converted into a select, fixing up PHI nodes and
3615 // basic blocks.
3616 static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
3617                                               Value *SelectValue,
3618                                               IRBuilder<> &Builder) {
3619   BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
3620   while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
3621     PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
3622   PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
3623
3624   Builder.CreateBr(PHI->getParent());
3625
3626   // Remove the switch.
3627   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3628     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3629
3630     if (Succ == PHI->getParent())
3631       continue;
3632     Succ->removePredecessor(SelectBB);
3633   }
3634   SI->eraseFromParent();
3635 }
3636
3637 /// SwitchToSelect - If the switch is only used to initialize one or more
3638 /// phi nodes in a common successor block with only two different
3639 /// constant values, replace the switch with select.
3640 static bool SwitchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
3641                            const DataLayout *DL, AssumptionCache *AC) {
3642   Value *const Cond = SI->getCondition();
3643   PHINode *PHI = nullptr;
3644   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
3645   Constant *DefaultResult;
3646   SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
3647   // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
3648   if (!InitializeUniqueCases(SI, DL, PHI, CommonDest, UniqueResults,
3649                              DefaultResult))
3650     return false;
3651   // Selects choose between maximum two values.
3652   if (UniqueResults.size() != 2)
3653     return false;
3654   assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
3655
3656   Builder.SetInsertPoint(SI);
3657   Value *SelectValue = ConvertTwoCaseSwitch(
3658       UniqueResults,
3659       DefaultResult, Cond, Builder);
3660   if (SelectValue) {
3661     RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
3662     return true;
3663   }
3664   // The switch couldn't be converted into a select.
3665   return false;
3666 }
3667
3668 namespace {
3669   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3670   /// to replace a switch.
3671   class SwitchLookupTable {
3672   public:
3673     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3674     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3675     /// table.
3676     SwitchLookupTable(Module &M,
3677                       uint64_t TableSize,
3678                       ConstantInt *Offset,
3679              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3680                       Constant *DefaultValue,
3681                       const DataLayout *DL);
3682
3683     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3684     /// the position given by Index in the lookup table.
3685     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3686
3687     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3688     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3689     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3690                                    uint64_t TableSize,
3691                                    const Type *ElementType);
3692
3693   private:
3694     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3695     // different ways.
3696     enum {
3697       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3698       // store that single value and return it for each lookup.
3699       SingleValueKind,
3700
3701       // For tables where there is a linear relationship between table index
3702       // and values. We calculate the result with a simple multiplication
3703       // and addition instead of a table lookup.
3704       LinearMapKind,
3705
3706       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3707       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3708       // shift and mask operations.
3709       BitMapKind,
3710
3711       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3712       // instructions from the table.
3713       ArrayKind
3714     } Kind;
3715
3716     // For SingleValueKind, this is the single value.
3717     Constant *SingleValue;
3718
3719     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3720     ConstantInt *BitMap;
3721     IntegerType *BitMapElementTy;
3722
3723     // For LinearMapKind, these are the constants used to derive the value.
3724     ConstantInt *LinearOffset;
3725     ConstantInt *LinearMultiplier;
3726
3727     // For ArrayKind, this is the array.
3728     GlobalVariable *Array;
3729   };
3730 }
3731
3732 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3733                                      uint64_t TableSize,
3734                                      ConstantInt *Offset,
3735              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3736                                      Constant *DefaultValue,
3737                                      const DataLayout *DL)
3738     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
3739       LinearOffset(nullptr), LinearMultiplier(nullptr), Array(nullptr) {
3740   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3741   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3742
3743   // If all values in the table are equal, this is that value.
3744   SingleValue = Values.begin()->second;
3745
3746   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
3747
3748   // Build up the table contents.
3749   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3750   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3751     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3752     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3753     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
3754
3755     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3756                    .getLimitedValue();
3757     TableContents[Idx] = CaseRes;
3758
3759     if (CaseRes != SingleValue)
3760       SingleValue = nullptr;
3761   }
3762
3763   // Fill in any holes in the table with the default result.
3764   if (Values.size() < TableSize) {
3765     assert(DefaultValue &&
3766            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
3767     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
3768     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3769       if (!TableContents[I])
3770         TableContents[I] = DefaultValue;
3771     }
3772
3773     if (DefaultValue != SingleValue)
3774       SingleValue = nullptr;
3775   }
3776
3777   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3778   // that single value.
3779   if (SingleValue) {
3780     Kind = SingleValueKind;
3781     return;
3782   }
3783
3784   // Check if we can derive the value with a linear transformation from the
3785   // table index.
3786   if (isa<IntegerType>(ValueType)) {
3787     bool LinearMappingPossible = true;
3788     APInt PrevVal;
3789     APInt DistToPrev;
3790     assert(TableSize >= 2 && "Should be a SingleValue table.");
3791     // Check if there is the same distance between two consecutive values.
3792     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3793       ConstantInt *ConstVal = dyn_cast<ConstantInt>(TableContents[I]);
3794       if (!ConstVal) {
3795         // This is an undef. We could deal with it, but undefs in lookup tables
3796         // are very seldom. It's probably not worth the additional complexity.
3797         LinearMappingPossible = false;
3798         break;
3799       }
3800       APInt Val = ConstVal->getValue();
3801       if (I != 0) {
3802         APInt Dist = Val - PrevVal;
3803         if (I == 1) {
3804           DistToPrev = Dist;
3805         } else if (Dist != DistToPrev) {
3806           LinearMappingPossible = false;
3807           break;
3808         }
3809       }
3810       PrevVal = Val;
3811     }
3812     if (LinearMappingPossible) {
3813       LinearOffset = cast<ConstantInt>(TableContents[0]);
3814       LinearMultiplier = ConstantInt::get(M.getContext(), DistToPrev);
3815       Kind = LinearMapKind;
3816       ++NumLinearMaps;
3817       return;
3818     }
3819   }
3820
3821   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3822   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
3823     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
3824     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3825     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3826       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3827       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3828       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3829         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3830         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3831       }
3832     }
3833     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3834     BitMapElementTy = IT;
3835     Kind = BitMapKind;
3836     ++NumBitMaps;
3837     return;
3838   }
3839
3840   // Store the table in an array.
3841   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
3842   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3843
3844   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3845                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3846                              Initializer,
3847                              "switch.table");
3848   Array->setUnnamedAddr(true);
3849   Kind = ArrayKind;
3850 }
3851
3852 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3853   switch (Kind) {
3854     case SingleValueKind:
3855       return SingleValue;
3856     case LinearMapKind: {
3857       // Derive the result value from the input value.
3858       Value *Result = Builder.CreateIntCast(Index, LinearMultiplier->getType(),
3859                                             false, "switch.idx.cast");
3860       if (!LinearMultiplier->isOne())
3861         Result = Builder.CreateMul(Result, LinearMultiplier, "switch.idx.mult");
3862       if (!LinearOffset->isZero())
3863         Result = Builder.CreateAdd(Result, LinearOffset, "switch.offset");
3864       return Result;
3865     }
3866     case BitMapKind: {
3867       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3868       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3869
3870       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3871       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3872       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3873       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3874
3875       // Multiply the shift amount by the element width.
3876       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3877                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3878                                    "switch.shiftamt");
3879
3880       // Shift down.
3881       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3882                                               "switch.downshift");
3883       // Mask off.
3884       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3885                                  "switch.masked");
3886     }
3887     case ArrayKind: {
3888       // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
3889       IntegerType *IT = cast<IntegerType>(Index->getType());
3890       uint64_t TableSize = Array->getInitializer()->getType()
3891                                 ->getArrayNumElements();
3892       if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
3893         Index = Builder.CreateZExt(Index,
3894                                    IntegerType::get(IT->getContext(),
3895                                                     IT->getBitWidth() + 1),
3896                                    "switch.tableidx.zext");
3897
3898       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3899       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3900                                              "switch.gep");
3901       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3902     }
3903   }
3904   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3905 }
3906
3907 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3908                                            uint64_t TableSize,
3909                                            const Type *ElementType) {
3910   if (!DL)
3911     return false;
3912   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3913   if (!IT)
3914     return false;
3915   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3916   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3917
3918   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3919   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3920     return false;
3921   return DL->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3922 }
3923
3924 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3925 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3926 /// types of the results.
3927 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3928                                    uint64_t TableSize,
3929                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3930                                    const DataLayout *DL,
3931                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3932   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3933     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3934
3935   bool AllTablesFitInRegister = true;
3936   bool HasIllegalType = false;
3937   for (const auto &I : ResultTypes) {
3938     Type *Ty = I.second;
3939
3940     // Saturate this flag to true.
3941     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3942
3943     // Saturate this flag to false.
3944     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3945       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
3946
3947     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3948     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3949     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3950     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3951       break;
3952   }
3953
3954   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3955   if (AllTablesFitInRegister)
3956     return true;
3957
3958   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3959   if (HasIllegalType)
3960     return false;
3961
3962   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3963   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3964   // FIXME: Find the best cut-off.
3965   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3966 }
3967
3968 /// Try to reuse the switch table index compare. Following pattern:
3969 /// \code
3970 ///     if (idx < tablesize)
3971 ///        r = table[idx]; // table does not contain default_value
3972 ///     else
3973 ///        r = default_value;
3974 ///     if (r != default_value)
3975 ///        ...
3976 /// \endcode
3977 /// Is optimized to:
3978 /// \code
3979 ///     cond = idx < tablesize;
3980 ///     if (cond)
3981 ///        r = table[idx];
3982 ///     else
3983 ///        r = default_value;
3984 ///     if (cond)
3985 ///        ...
3986 /// \endcode
3987 /// Jump threading will then eliminate the second if(cond).
3988 static void reuseTableCompare(User *PhiUser, BasicBlock *PhiBlock,
3989           BranchInst *RangeCheckBranch, Constant *DefaultValue,
3990           const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values) {
3991
3992   ICmpInst *CmpInst = dyn_cast<ICmpInst>(PhiUser);
3993   if (!CmpInst)
3994     return;
3995
3996   // We require that the compare is in the same block as the phi so that jump
3997   // threading can do its work afterwards.
3998   if (CmpInst->getParent() != PhiBlock)
3999     return;
4000
4001   Constant *CmpOp1 = dyn_cast<Constant>(CmpInst->getOperand(1));
4002   if (!CmpOp1)
4003     return;
4004
4005   Value *RangeCmp = RangeCheckBranch->getCondition();
4006   Constant *TrueConst = ConstantInt::getTrue(RangeCmp->getType());
4007   Constant *FalseConst = ConstantInt::getFalse(RangeCmp->getType());
4008
4009   // Check if the compare with the default value is constant true or false.
4010   Constant *DefaultConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
4011                                                  DefaultValue, CmpOp1, true);
4012   if (DefaultConst != TrueConst && DefaultConst != FalseConst)
4013     return;
4014
4015   // Check if the compare with the case values is distinct from the default
4016   // compare result.
4017   for (auto ValuePair : Values) {
4018     Constant *CaseConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
4019                               ValuePair.second, CmpOp1, true);
4020     if (!CaseConst || CaseConst == DefaultConst)
4021       return;
4022     assert((CaseConst == TrueConst || CaseConst == FalseConst) &&
4023            "Expect true or false as compare result.");
4024   }
4025  
4026   // Check if the branch instruction dominates the phi node. It's a simple
4027   // dominance check, but sufficient for our needs.
4028   // Although this check is invariant in the calling loops, it's better to do it
4029   // at this late stage. Practically we do it at most once for a switch.
4030   BasicBlock *BranchBlock = RangeCheckBranch->getParent();
4031   for (auto PI = pred_begin(PhiBlock), E = pred_end(PhiBlock); PI != E; ++PI) {
4032     BasicBlock *Pred = *PI;
4033     if (Pred != BranchBlock && Pred->getUniquePredecessor() != BranchBlock)
4034       return;
4035   }
4036
4037   if (DefaultConst == FalseConst) {
4038     // The compare yields the same result. We can replace it.
4039     CmpInst->replaceAllUsesWith(RangeCmp);
4040     ++NumTableCmpReuses;
4041   } else {
4042     // The compare yields the same result, just inverted. We can replace it.
4043     Value *InvertedTableCmp = BinaryOperator::CreateXor(RangeCmp,
4044                 ConstantInt::get(RangeCmp->getType(), 1), "inverted.cmp",
4045                 RangeCheckBranch);
4046     CmpInst->replaceAllUsesWith(InvertedTableCmp);
4047     ++NumTableCmpReuses;
4048   }
4049 }
4050
4051 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
4052 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
4053 /// replace the switch with lookup tables.
4054 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
4055                                 IRBuilder<> &Builder,
4056                                 const TargetTransformInfo &TTI,
4057                                 const DataLayout* DL) {
4058   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
4059
4060   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
4061   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
4062     return false;
4063
4064   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
4065   // split off a dense part and build a lookup table for that.
4066
4067   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
4068   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
4069   // string and lookup indices into that.
4070
4071   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
4072   // faster, so we don't analyze them.
4073   if (SI->getNumCases() < 3)
4074     return false;
4075
4076   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
4077   // common destination, as well as the the min and max case values.
4078   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
4079   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
4080   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
4081   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
4082
4083   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4084   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
4085   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
4086   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
4087   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
4088   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
4089
4090   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
4091     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
4092     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
4093       MinCaseVal = CaseVal;
4094     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
4095       MaxCaseVal = CaseVal;
4096
4097     // Resulting value at phi nodes for this case value.
4098     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
4099     ResultsTy Results;
4100     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
4101                         Results, DL))
4102       return false;
4103
4104     // Append the result from this case to the list for each phi.
4105     for (const auto &I : Results) {
4106       PHINode *PHI = I.first;
4107       Constant *Value = I.second;
4108       if (!ResultLists.count(PHI))
4109         PHIs.push_back(PHI);
4110       ResultLists[PHI].push_back(std::make_pair(CaseVal, Value));
4111     }
4112   }
4113
4114   // Keep track of the result types.
4115   for (PHINode *PHI : PHIs) {
4116     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
4117   }
4118
4119   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
4120   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
4121   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
4122   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
4123
4124   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
4125   // or a bitmask that fits in a register.
4126   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
4127   bool HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
4128                                        &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
4129
4130   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
4131   if (NeedMask) {
4132     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
4133     if (SI->getNumCases() < 4)  // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
4134       return false;
4135     if (!(DL && DL->fitsInLegalInteger(TableSize)))
4136       return false;
4137   }
4138
4139   for (const auto &I : DefaultResultsList) {
4140     PHINode *PHI = I.first;
4141     Constant *Result = I.second;
4142     DefaultResults[PHI] = Result;
4143   }
4144
4145   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
4146     return false;
4147
4148   // Create the BB that does the lookups.
4149   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
4150   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4151                                             "switch.lookup",
4152                                             CommonDest->getParent(),
4153                                             CommonDest);
4154
4155   // Compute the table index value.
4156   Builder.SetInsertPoint(SI);
4157   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
4158                                         "switch.tableidx");
4159
4160   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
4161   // switching upon.
4162   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
4163   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
4164   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
4165          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
4166          "representable value of its input integer type's size.");
4167
4168   // If the default destination is unreachable, or if the lookup table covers
4169   // all values of the conditional variable, branch directly to the lookup table
4170   // BB. Otherwise, check that the condition is within the case range.
4171   const bool DefaultIsReachable =
4172       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
4173   const bool GeneratingCoveredLookupTable = (MaxTableSize == TableSize);
4174   BranchInst *RangeCheckBranch = nullptr;
4175
4176   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
4177     Builder.CreateBr(LookupBB);
4178     // We cached PHINodes in PHIs, to avoid accessing deleted PHINodes later,
4179     // do not delete PHINodes here.
4180     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent(),
4181                                             /*DontDeleteUselessPHIs=*/true);
4182   } else {
4183     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
4184                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
4185     RangeCheckBranch = Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4186   }
4187
4188   // Populate the BB that does the lookups.
4189   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4190
4191   if (NeedMask) {
4192     // Before doing the lookup we do the hole check.
4193     // The LookupBB is therefore re-purposed to do the hole check
4194     // and we create a new LookupBB.
4195     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
4196     MaskBB->setName("switch.hole_check");
4197     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4198                                   "switch.lookup",
4199                                   CommonDest->getParent(),
4200                                   CommonDest);
4201
4202     // Make the mask's bitwidth at least 8bit and a power-of-2 to avoid
4203     // unnecessary illegal types.
4204     uint64_t TableSizePowOf2 = NextPowerOf2(std::max(7ULL, TableSize - 1ULL));
4205     APInt MaskInt(TableSizePowOf2, 0);
4206     APInt One(TableSizePowOf2, 1);
4207     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
4208     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
4209     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
4210       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
4211                       MinCaseVal->getValue()).getLimitedValue();
4212       MaskInt |= One << Idx;
4213     }
4214     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
4215
4216     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
4217     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
4218     // else continue with table lookup.
4219     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
4220     Value *MaskIndex = Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy,
4221                                                  "switch.maskindex");
4222     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex,
4223                                         "switch.shifted");
4224     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(Shifted,
4225                                        Type::getInt1Ty(Mod.getContext()),
4226                                        "switch.lobit");
4227     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4228
4229     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4230     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
4231   }
4232
4233   bool ReturnedEarly = false;
4234   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
4235     PHINode *PHI = PHIs[I];
4236     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHI];
4237
4238     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
4239     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
4240     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultList, DV, DL);
4241
4242     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
4243
4244     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
4245     // do that right here.
4246     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
4247         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
4248       Builder.CreateRet(Result);
4249       ReturnedEarly = true;
4250       break;
4251     }
4252
4253     // Do a small peephole optimization: re-use the switch table compare if
4254     // possible.
4255     if (!TableHasHoles && HasDefaultResults && RangeCheckBranch) {
4256       BasicBlock *PhiBlock = PHI->getParent();
4257       // Search for compare instructions which use the phi.
4258       for (auto *User : PHI->users()) {
4259         reuseTableCompare(User, PhiBlock, RangeCheckBranch, DV, ResultList);
4260       }
4261     }
4262
4263     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
4264   }
4265
4266   if (!ReturnedEarly)
4267     Builder.CreateBr(CommonDest);
4268
4269   // Remove the switch.
4270   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4271     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4272
4273     if (Succ == SI->getDefaultDest())
4274       continue;
4275     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
4276   }
4277   SI->eraseFromParent();
4278
4279   ++NumLookupTables;
4280   if (NeedMask)
4281     ++NumLookupTablesHoles;
4282   return true;
4283 }
4284
4285 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
4286   BasicBlock *BB = SI->getParent();
4287
4288   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
4289     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4290     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
4291     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4292       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
4293         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4294
4295     Value *Cond = SI->getCondition();
4296     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
4297       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
4298         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4299
4300     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
4301     // away into any preds.
4302     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
4303     // Ignore dbg intrinsics.
4304     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
4305       ++BBI;
4306     if (SI == &*BBI)
4307       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
4308         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4309   }
4310
4311   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
4312   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
4313     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4314
4315   // Remove unreachable cases.
4316   if (EliminateDeadSwitchCases(SI, DL, AC))
4317     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4318
4319   if (SwitchToSelect(SI, Builder, DL, AC))
4320     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4321
4322   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
4323     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4324
4325   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, DL))
4326     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4327
4328   return false;
4329 }
4330
4331 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
4332   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
4333   bool Changed = false;
4334
4335   // Eliminate redundant destinations.
4336   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
4337   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
4338     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
4339     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest).second) {
4340       Dest->removePredecessor(BB);
4341       IBI->removeDestination(i);
4342       --i; --e;
4343       Changed = true;
4344     }
4345   }
4346
4347   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
4348     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
4349     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
4350     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4351     return true;
4352   }
4353
4354   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
4355     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
4356     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
4357     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4358     return true;
4359   }
4360
4361   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
4362     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
4363       return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4364   }
4365   return Changed;
4366 }
4367
4368 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
4369   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4370
4371   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
4372     return true;
4373
4374   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
4375   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbg();
4376   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
4377       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
4378     return true;
4379
4380   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
4381   // against a constant, try to simplify the block.
4382   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
4383     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
4384       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
4385         ;
4386       if (I->isTerminator() &&
4387           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI,
4388                                                 BonusInstThreshold, DL, AC))
4389         return true;
4390     }
4391
4392   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4393   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
4394   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
4395   // for PHI nodes in common successor.
4396   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
4397     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4398   return false;
4399 }
4400
4401
4402 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
4403   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4404
4405   // Conditional branch
4406   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
4407     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4408     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
4409     // switch.
4410     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4411       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
4412         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4413
4414     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
4415     // Ignore dbg intrinsics.
4416     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
4417     // Ignore dbg intrinsics.
4418     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4419       ++I;
4420     if (&*I == BI) {
4421       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4422         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4423     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4424       ++I;
4425       // Ignore dbg intrinsics.
4426       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4427         ++I;
4428       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4429         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4430     }
4431   }
4432
4433   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4434   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, DL, Builder))
4435     return true;
4436
4437   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4438   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4439   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4440   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
4441     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4442
4443   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4444   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4445   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4446   // can hoist it up to the branching block.
4447   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
4448     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4449       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, DL, TTI))
4450         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4451     } else {
4452       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4453       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
4454       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4455       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4456           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4457         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), DL, TTI))
4458           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4459     }
4460   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4461     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4462     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
4463     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4464     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4465         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4466       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), DL, TTI))
4467         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4468   }
4469
4470   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4471   // through this block if any PHI node entries are constants.
4472   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4473     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4474       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4475         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4476
4477   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4478   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4479     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4480       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4481         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4482           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
4483
4484   return false;
4485 }
4486
4487 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4488 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4489   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4490   if (!C)
4491     return false;
4492
4493   if (I->use_empty())
4494     return false;
4495
4496   if (C->isNullValue()) {
4497     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4498     User *Use = *I->user_begin();
4499
4500     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4501     // control flow (eg. calls)
4502     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4503       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4504         return false;
4505
4506     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4507     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4508       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4509         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4510
4511     // Look through bitcasts.
4512     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4513       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4514
4515     // Load from null is undefined.
4516     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4517       if (!LI->isVolatile())
4518         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4519
4520     // Store to null is undefined.
4521     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4522       if (!SI->isVolatile())
4523         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4524   }
4525   return false;
4526 }
4527
4528 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4529 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4530 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4531   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4532        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4533     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4534       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4535         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4536         IRBuilder<> Builder(T);
4537         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4538           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4539           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4540           // destination from conditional branches.
4541           if (BI->isUnconditional())
4542             Builder.CreateUnreachable();
4543           else
4544             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4545                                                          BI->getSuccessor(0));
4546           BI->eraseFromParent();
4547           return true;
4548         }
4549         // TODO: SwitchInst.
4550       }
4551
4552   return false;
4553 }
4554
4555 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4556   bool Changed = false;
4557
4558   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4559   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4560
4561   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4562   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4563   if ((pred_empty(BB) &&
4564        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4565       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4566     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4567     DeleteDeadBlock(BB);
4568     return true;
4569   }
4570
4571   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4572   // away...
4573   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4574
4575   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4576   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4577
4578   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4579   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4580
4581   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4582   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4583   // if there are no PHI nodes.
4584   //
4585   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4586     return true;
4587
4588   IRBuilder<> Builder(BB);
4589
4590   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4591   // eliminate it, do so now.
4592   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4593     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4594       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, DL, TTI);
4595
4596   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4597   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4598     if (BI->isUnconditional()) {
4599       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4600     } else {
4601       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4602     }
4603   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4604     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4605   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4606     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4607   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4608     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4609   } else if (UnreachableInst *UI =
4610                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4611     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4612   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4613                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4614     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4615   }
4616
4617   return Changed;
4618 }
4619
4620 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4621 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4622 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4623 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4624 ///
4625 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4626                        unsigned BonusInstThreshold, const DataLayout *DL,
4627                        AssumptionCache *AC) {
4628   return SimplifyCFGOpt(TTI, BonusInstThreshold, DL, AC).run(BB);
4629 }