Taken into account Duncan's comments for r149481 dated by 2nd Feb 2012:
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/Constants.h"
17 #include "llvm/DerivedTypes.h"
18 #include "llvm/GlobalVariable.h"
19 #include "llvm/Instructions.h"
20 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
21 #include "llvm/LLVMContext.h"
22 #include "llvm/Metadata.h"
23 #include "llvm/Operator.h"
24 #include "llvm/Type.h"
25 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
26 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
27 #include "llvm/Target/TargetData.h"
28 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
29 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
30 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
34 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
35 #include "llvm/Support/CFG.h"
36 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
37 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
38 #include "llvm/Support/Debug.h"
39 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
40 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include <algorithm>
43 #include <set>
44 #include <map>
45 using namespace llvm;
46
47 static cl::opt<unsigned>
48 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
49    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
50
51 static cl::opt<bool>
52 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
53        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
54
55 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
56
57 namespace {
58 class SimplifyCFGOpt {
59   const TargetData *const TD;
60
61   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
62   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
63     std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &Cases);
64   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
65                                                      BasicBlock *Pred,
66                                                      IRBuilder<> &Builder);
67   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
68                                            IRBuilder<> &Builder);
69
70   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
71   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
72   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
73   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
74   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
75   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
76   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
77
78 public:
79   explicit SimplifyCFGOpt(const TargetData *td) : TD(td) {}
80   bool run(BasicBlock *BB);
81 };
82 }
83
84 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
85 /// terminator instructions together.
86 ///
87 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
88   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
89   
90   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
91   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
92   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
93   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
94   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
95   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
96   
97   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
98     if (SI1Succs.count(*I))
99       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
100            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
101         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
102         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
103             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
104           return false;
105       }
106         
107   return true;
108 }
109
110 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
111 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
112 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
113 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
114 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
115                                   BasicBlock *ExistPred) {
116   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
117   
118   PHINode *PN;
119   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
120        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
121     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
122 }
123
124
125 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
126 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
127 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
128 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
129 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
130 /// be entered if the condition is false.
131 ///
132 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
133 /// instructions in them.
134 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
135                              BasicBlock *&IfFalse) {
136   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
137   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
138          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
139   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
140   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
141
142   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
143   // branches if possible anyway.
144   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
145   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
146   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
147     return 0;
148
149   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
150   // either are.
151   if (Pred2Br->isConditional()) {
152     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
153     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
154     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
155     // probably not profitable.
156     if (Pred1Br->isConditional())
157       return 0;
158
159     std::swap(Pred1, Pred2);
160     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
161   }
162
163   if (Pred1Br->isConditional()) {
164     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
165     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
166     // doesn't dominate BB.
167     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
168       return 0;
169     
170     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
171     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
172     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
173         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
174       IfTrue = Pred1;
175       IfFalse = Pred2;
176     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
177                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
178       IfTrue = Pred2;
179       IfFalse = Pred1;
180     } else {
181       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
182       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
183       return 0;
184     }
185
186     return Pred1Br->getCondition();
187   }
188
189   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
190   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
191   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
192   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
193   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
194     return 0;
195
196   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
197   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
198   if (BI == 0) return 0;
199   
200   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
201   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
202     IfTrue = Pred1;
203     IfFalse = Pred2;
204   } else {
205     IfTrue = Pred2;
206     IfFalse = Pred1;
207   }
208   return BI->getCondition();
209 }
210
211 /// ComputeSpeculuationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
212 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
213 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
214 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
215   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
216          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
217   switch (Operator::getOpcode(I)) {
218   default:
219     // In doubt, be conservative.
220     return UINT_MAX;
221   case Instruction::GetElementPtr:
222     // GEPs are cheap if all indices are constant.
223     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
224       return UINT_MAX;
225     return 1;
226   case Instruction::Load:
227   case Instruction::Add:
228   case Instruction::Sub:
229   case Instruction::And:
230   case Instruction::Or:
231   case Instruction::Xor:
232   case Instruction::Shl:
233   case Instruction::LShr:
234   case Instruction::AShr:
235   case Instruction::ICmp:
236   case Instruction::Trunc:
237   case Instruction::ZExt:
238   case Instruction::SExt:
239     return 1; // These are all cheap.
240
241   case Instruction::Call:
242   case Instruction::Select:
243     return 2;
244   }
245 }
246
247 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
248 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
249 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
250 /// which works well enough for us.
251 ///
252 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
253 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
254 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
255 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
256 /// set and true is returned.
257 ///
258 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
259 /// Select whose cost is 2.
260 ///
261 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
262 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
263 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
264 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
265                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
266                                 unsigned &CostRemaining) {
267   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
268   if (!I) {
269     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
270     // can be executed unconditionally.
271     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
272       if (C->canTrap())
273         return false;
274     return true;
275   }
276   BasicBlock *PBB = I->getParent();
277
278   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
279   // the bottom of this block.
280   if (PBB == BB) return false;
281
282   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
283   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
284   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
285   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
286   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
287     return true;
288
289   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
290   // instructions in the 'if region'.
291   if (AggressiveInsts == 0) return false;
292   
293   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
294   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
295
296   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
297   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
298   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
299   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
300     return false;
301
302   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
303
304   if (Cost > CostRemaining)
305     return false;
306
307   CostRemaining -= Cost;
308
309   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
310   // not take us over the cost threshold.
311   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
312     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
313       return false;
314   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
315   AggressiveInsts->insert(I);
316   return true;
317 }
318
319 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
320 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
321 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const TargetData *TD) {
322   // Normal constant int.
323   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
324   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
325     return CI;
326
327   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
328   // ConstantInt if possible.
329   IntegerType *PtrTy = TD->getIntPtrType(V->getContext());
330
331   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
332   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
333     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
334
335   // IntToPtr const int.
336   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
337     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
338       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
339         // The constant is very likely to have the right type already.
340         if (CI->getType() == PtrTy)
341           return CI;
342         else
343           return cast<ConstantInt>
344             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
345       }
346   return 0;
347 }
348
349 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
350 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
351 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
352 /// Values vector.
353 static Value *
354 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
355                        const TargetData *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
356   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
357   if (I == 0) return 0;
358   
359   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
360   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
361     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
362       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
363         UsedICmps++;
364         Vals.push_back(C);
365         return I->getOperand(0);
366       }
367       
368       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
369       // the set.
370       ConstantRange Span =
371         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
372       
373       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
374       // x != 0 && x != 1.
375       if (!isEQ)
376         Span = Span.inverse();
377       
378       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
379       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
380         return 0;
381       
382       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
383         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
384       UsedICmps++;
385       return I->getOperand(0);
386     }
387     return 0;
388   }
389   
390   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
391   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
392     return 0;
393   
394   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
395   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
396   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
397                                           isEQ, UsedICmps)) {
398     unsigned NumVals = Vals.size();
399     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
400     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
401                                             isEQ, UsedICmps)) {
402       if (LHS == RHS)
403         return LHS;
404       Vals.resize(NumVals);
405       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
406     }
407
408     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
409     // set it and return success.
410     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
411       Extra = I->getOperand(1);
412       return LHS;
413     }
414     
415     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
416     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
417     return 0;
418   }
419   
420   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
421   // use LHS as Extra.
422   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
423     Value *OldExtra = Extra;
424     Extra = I->getOperand(0);
425     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
426                                             isEQ, UsedICmps))
427       return RHS;
428     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
429     Extra = OldExtra;
430   }
431   
432   return 0;
433 }
434
435 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
436   Instruction *Cond = 0;
437   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
438     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
439   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
440     if (BI->isConditional())
441       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
442   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
443     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
444   }
445
446   TI->eraseFromParent();
447   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
448 }
449
450 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
451 /// to see if a value is equal to constant integer value.
452 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
453   Value *CV = 0;
454   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
455     // Do not permit merging of large switch instructions into their
456     // predecessors unless there is only one predecessor.
457     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
458                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
459       CV = SI->getCondition();
460   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
461     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
462       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
463         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
464              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
465             GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
466           CV = ICI->getOperand(0);
467
468   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
469   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
470     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
471       CV = PTII->getOperand(0);
472   return CV;
473 }
474
475 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
476 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
477 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
478 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
479                                 std::vector<std::pair<ConstantInt*,
480                                                       BasicBlock*> > &Cases) {
481   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
482     Cases.reserve(SI->getNumCases());
483     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->caseBegin(), e = SI->caseEnd(); i != e; ++i)
484       Cases.push_back(std::make_pair(i.getCaseValue(),
485                                      i.getCaseSuccessor()));
486     return SI->getDefaultDest();
487   }
488
489   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
490   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
491   Cases.push_back(std::make_pair(GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD),
492                                  BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() ==
493                                                   ICmpInst::ICMP_NE)));
494   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
495 }
496
497
498 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
499 /// in the list that match the specified block.
500 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
501                std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &Cases) {
502   for (unsigned i = 0, e = Cases.size(); i != e; ++i)
503     if (Cases[i].second == BB) {
504       Cases.erase(Cases.begin()+i);
505       --i; --e;
506     }
507 }
508
509 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
510 /// well.
511 static bool
512 ValuesOverlap(std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &C1,
513               std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &C2) {
514   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > *V1 = &C1, *V2 = &C2;
515
516   // Make V1 be smaller than V2.
517   if (V1->size() > V2->size())
518     std::swap(V1, V2);
519
520   if (V1->size() == 0) return false;
521   if (V1->size() == 1) {
522     // Just scan V2.
523     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].first;
524     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
525       if (TheVal == (*V2)[i].first)
526         return true;
527   }
528
529   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
530   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
531   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
532   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
533   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
534     if ((*V1)[i1].first == (*V2)[i2].first)
535       return true;
536     if ((*V1)[i1].first < (*V2)[i2].first)
537       ++i1;
538     else
539       ++i2;
540   }
541   return false;
542 }
543
544 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
545 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
546 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
547 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
548 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
549 /// form of jump threading.
550 bool SimplifyCFGOpt::
551 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
552                                               BasicBlock *Pred,
553                                               IRBuilder<> &Builder) {
554   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
555   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
556
557   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
558   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
559   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
560
561   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
562   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > PredCases;
563   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
564                                                         PredCases);
565   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
566
567   // Find information about how control leaves this block.
568   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > ThisCases;
569   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
570   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
571
572   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
573   // simplify TI based on this knowledge.
574   if (PredDef == TI->getParent()) {
575     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
576     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
577     // can simplify TI.
578     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
579       return false;
580     
581     if (isa<BranchInst>(TI)) {
582       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
583       // uncond br.
584       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
585       // Insert the new branch.
586       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
587       (void) NI;
588
589       // Remove PHI node entries for the dead edge.
590       ThisCases[0].second->removePredecessor(TI->getParent());
591
592       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
593            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
594
595       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
596       return true;
597     }
598       
599     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
600     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
601     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
602     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
603       DeadCases.insert(PredCases[i].first);
604
605     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
606                  << "Through successor TI: " << *TI);
607
608     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->caseEnd(), e = SI->caseBegin(); i != e;) {
609       --i;
610       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
611         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
612         SI->removeCase(i);
613       }
614     }
615
616     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
617     return true;
618   }
619   
620   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
621   // which value (or set of values) this is.
622   ConstantInt *TIV = 0;
623   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
624   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
625     if (PredCases[i].second == TIBB) {
626       if (TIV != 0)
627         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
628       TIV = PredCases[i].first;
629     }
630   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
631
632   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
633   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
634   BasicBlock *TheRealDest = 0;
635   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
636     if (ThisCases[i].first == TIV) {
637       TheRealDest = ThisCases[i].second;
638       break;
639     }
640
641   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
642   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
643
644   // Remove PHI node entries for dead edges.
645   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
646   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
647     if (*SI != CheckEdge)
648       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
649     else
650       CheckEdge = 0;
651
652   // Insert the new branch.
653   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
654   (void) NI;
655
656   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
657             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
658
659   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
660   return true;
661 }
662
663 namespace {
664   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
665   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
666   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
667   struct ConstantIntOrdering {
668     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
669       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
670     }
671   };
672 }
673
674 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
675   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt**)P1;
676   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt**)P2;
677   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
678     return 1;
679   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
680     return 0;
681   return -1;
682 }
683
684 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
685 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
686 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
687 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
688 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
689                                                          IRBuilder<> &Builder) {
690   BasicBlock *BB = TI->getParent();
691   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
692   assert(CV && "Not a comparison?");
693   bool Changed = false;
694
695   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
696   while (!Preds.empty()) {
697     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
698
699     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
700     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
701     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
702
703     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
704       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
705       std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > BBCases;
706       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
707
708       std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > PredCases;
709       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
710
711       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
712       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
713       // build.
714       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
715
716       if (PredDefault == BB) {
717         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
718         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
719         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
720         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
721           if (PredCases[i].second != BB)
722             PTIHandled.insert(PredCases[i].first);
723           else {
724             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
725             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
726             PredCases.pop_back();
727             --i; --e;
728           }
729
730         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
731         if (PredDefault != BBDefault) {
732           PredDefault->removePredecessor(Pred);
733           PredDefault = BBDefault;
734           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
735         }
736         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
737           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].first) &&
738               BBCases[i].second != BBDefault) {
739             PredCases.push_back(BBCases[i]);
740             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].second);
741           }
742
743       } else {
744         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
745         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
746         // activated.
747         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
748         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
749           if (PredCases[i].second == BB) {
750             PTIHandled.insert(PredCases[i].first);
751             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
752             PredCases.pop_back();
753             --i; --e;
754           }
755
756         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
757         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
758         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
759           if (PTIHandled.count(BBCases[i].first)) {
760             // If this is one we are capable of getting...
761             PredCases.push_back(BBCases[i]);
762             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].second);
763             PTIHandled.erase(BBCases[i].first);// This constant is taken care of
764           }
765
766         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
767         // they must go to the default destination of TI.
768         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I = 
769                                     PTIHandled.begin(),
770                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
771           PredCases.push_back(std::make_pair(*I, BBDefault));
772           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
773         }
774       }
775
776       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
777       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
778       // successors.
779       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
780         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
781
782       Builder.SetInsertPoint(PTI);
783       // Convert pointer to int before we switch.
784       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
785         assert(TD && "Cannot switch on pointer without TargetData");
786         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
787                                     "magicptr");
788       }
789
790       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
791       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
792                                                PredCases.size());
793       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
794       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
795         NewSI->addCase(PredCases[i].first, PredCases[i].second);
796
797       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
798
799       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
800       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
801       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
802       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
803       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
804         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
805           if (InfLoopBlock == 0) {
806             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
807             // or it won't matter if it's hot. :)
808             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
809                                               "infloop", BB->getParent());
810             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
811           }
812           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
813         }
814
815       Changed = true;
816     }
817   }
818   return Changed;
819 }
820
821 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
822 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
823 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
824 // to put the select in this case.
825 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
826                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
827   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
828     PHINode *PN;
829     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
830          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
831       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
832       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
833       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
834         return false;
835       }
836     }
837   }
838   return true;
839 }
840
841 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
842 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
843 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
844 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
845   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
846   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
847   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
848   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
849   // identical order.
850   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
851   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
852
853   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
854   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
855
856   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
857   // Skip debug info if it is not identical.
858   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
859   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
860   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
861     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
862       I1 = BB1_Itr++;
863     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
864       I2 = BB2_Itr++;
865   }
866   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
867       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
868     return false;
869
870   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
871   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
872
873   do {
874     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
875     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
876     if (isa<TerminatorInst>(I1))
877       goto HoistTerminator;
878
879     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
880     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
881     // the now redundant second instruction.
882     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
883     if (!I2->use_empty())
884       I2->replaceAllUsesWith(I1);
885     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
886     I2->eraseFromParent();
887
888     I1 = BB1_Itr++;
889     I2 = BB2_Itr++;
890     // Skip debug info if it is not identical.
891     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
892     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
893     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
894       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
895         I1 = BB1_Itr++;
896       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
897         I2 = BB2_Itr++;
898     }
899   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
900
901   return true;
902
903 HoistTerminator:
904   // It may not be possible to hoist an invoke.
905   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
906     return true;
907
908   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
909   Instruction *NT = I1->clone();
910   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
911   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
912     I1->replaceAllUsesWith(NT);
913     I2->replaceAllUsesWith(NT);
914     NT->takeName(I1);
915   }
916
917   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
918   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
919   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
920   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
921   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
922   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
923   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
924     PHINode *PN;
925     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
926          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
927       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
928       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
929       if (BB1V == BB2V) continue;
930       
931       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
932       // that determines the right value.
933       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
934       if (SI == 0) 
935         SI = cast<SelectInst>
936           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
937                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
938
939       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
940       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
941         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
942           PN->setIncomingValue(i, SI);
943     }
944   }
945
946   // Update any PHI nodes in our new successors.
947   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
948     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
949
950   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
951   return true;
952 }
953
954 /// SpeculativelyExecuteBB - Given a conditional branch that goes to BB1
955 /// and an BB2 and the only successor of BB1 is BB2, hoist simple code
956 /// (for now, restricted to a single instruction that's side effect free) from
957 /// the BB1 into the branch block to speculatively execute it.
958 ///
959 /// Turn
960 /// BB:
961 ///     %t1 = icmp
962 ///     br i1 %t1, label %BB1, label %BB2
963 /// BB1:
964 ///     %t3 = add %t2, c
965 ///     br label BB2
966 /// BB2:
967 /// =>
968 /// BB:
969 ///     %t1 = icmp
970 ///     %t4 = add %t2, c
971 ///     %t3 = select i1 %t1, %t2, %t3
972 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *BB1) {
973   // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
974   // terminator) for now.
975   Instruction *HInst = NULL;
976   Instruction *Term = BB1->getTerminator();
977   for (BasicBlock::iterator BBI = BB1->begin(), BBE = BB1->end();
978        BBI != BBE; ++BBI) {
979     Instruction *I = BBI;
980     // Skip debug info.
981     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
982     if (I == Term) break;
983
984     if (HInst)
985       return false;
986     HInst = I;
987   }
988
989   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
990
991   // Check the instruction to be hoisted, if there is one.
992   if (HInst) {
993     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
994     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(HInst))
995       return false;
996     if (ComputeSpeculationCost(HInst) > PHINodeFoldingThreshold)
997       return false;
998
999     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1000     // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1001     // being sunk into the use block.
1002     for (User::op_iterator i = HInst->op_begin(), e = HInst->op_end(); 
1003          i != e; ++i) {
1004       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1005       if (OpI && OpI->getParent() == BIParent &&
1006           !OpI->mayHaveSideEffects() &&
1007           !OpI->isUsedInBasicBlock(BIParent))
1008         return false;
1009     }
1010   }
1011
1012   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1013   Value *BrCond = BI->getCondition();
1014   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1015     return false;
1016
1017   // If BB1 is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1018   // to swap the select operands later.
1019   bool Invert = false;
1020   if (BB1 != BI->getSuccessor(0)) {
1021     assert(BB1 == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1022     Invert = true;
1023   }
1024
1025   // Collect interesting PHIs, and scan for hazards.
1026   SmallSetVector<std::pair<Value *, Value *>, 4> PHIs;
1027   BasicBlock *BB2 = BB1->getTerminator()->getSuccessor(0);
1028   for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1029        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1030     Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1031     Value *BIParentV = PN->getIncomingValueForBlock(BIParent);
1032
1033     // Skip PHIs which are trivial.
1034     if (BB1V == BIParentV)
1035       continue;
1036
1037     // Check for saftey.
1038     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BB1V)) {
1039       // An unfolded ConstantExpr could end up getting expanded into
1040       // Instructions. Don't speculate this and another instruction at
1041       // the same time.
1042       if (HInst)
1043         return false;
1044       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1045         return false;
1046       if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1047         return false;
1048     }
1049
1050     // Ok, we may insert a select for this PHI.
1051     PHIs.insert(std::make_pair(BB1V, BIParentV));
1052   }
1053
1054   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1055   // as well.
1056   if (PHIs.empty())
1057     return false;
1058   
1059   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1060   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *BB1 << "\n";);
1061
1062   // Hoist the instruction.
1063   if (HInst)
1064     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), HInst);
1065
1066   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1067   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1068   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
1069     Value *TrueV = PHIs[i].first;
1070     Value *FalseV = PHIs[i].second;
1071
1072     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1073     // false value is the previously determined FalseV.
1074     SelectInst *SI;
1075     if (Invert)
1076       SI = cast<SelectInst>
1077         (Builder.CreateSelect(BrCond, FalseV, TrueV,
1078                               FalseV->getName() + "." + TrueV->getName()));
1079     else
1080       SI = cast<SelectInst>
1081         (Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1082                               TrueV->getName() + "." + FalseV->getName()));
1083
1084     // Make the PHI node use the select for all incoming values for "then" and
1085     // "if" blocks.
1086     for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1087          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1088       unsigned BB1I = PN->getBasicBlockIndex(BB1);
1089       unsigned BIParentI = PN->getBasicBlockIndex(BIParent);
1090       Value *BB1V = PN->getIncomingValue(BB1I);
1091       Value *BIParentV = PN->getIncomingValue(BIParentI);
1092       if (TrueV == BB1V && FalseV == BIParentV) {
1093         PN->setIncomingValue(BB1I, SI);
1094         PN->setIncomingValue(BIParentI, SI);
1095       }
1096     }
1097   }
1098
1099   ++NumSpeculations;
1100   return true;
1101 }
1102
1103 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1104 /// across this block.
1105 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1106   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1107   unsigned Size = 0;
1108   
1109   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1110     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1111       continue;
1112     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1113     ++Size;
1114     
1115     // We can only support instructions that do not define values that are
1116     // live outside of the current basic block.
1117     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1118          UI != E; ++UI) {
1119       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1120       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1121     }
1122     
1123     // Looks ok, continue checking.
1124   }
1125
1126   return true;
1127 }
1128
1129 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1130 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1131 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1132 /// ultimate destination.
1133 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const TargetData *TD) {
1134   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1135   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1136   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1137   // outside of the block.
1138   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1139     return false;
1140   
1141   // Degenerate case of a single entry PHI.
1142   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1143     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1144     return true;    
1145   }
1146
1147   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1148   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1149   
1150   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1151   // constants.
1152   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1153     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1154     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1155     
1156     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1157     // branch to RealDest.
1158     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1159     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1160     
1161     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1162     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1163     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1164     
1165     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1166     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1167     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1168     // the edge we are about to create.
1169     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1170                                             RealDest->getName()+".critedge",
1171                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1172     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1173     
1174     // Update PHI nodes.
1175     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1176
1177     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1178     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1179     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1180     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1181     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1182     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1183       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1184         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1185         continue;
1186       }
1187       // Clone the instruction.
1188       Instruction *N = BBI->clone();
1189       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1190       
1191       // Update operands due to translation.
1192       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1193            i != e; ++i) {
1194         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1195         if (PI != TranslateMap.end())
1196           *i = PI->second;
1197       }
1198       
1199       // Check for trivial simplification.
1200       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1201         TranslateMap[BBI] = V;
1202         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1203       } else {
1204         // Insert the new instruction into its new home.
1205         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1206         if (!BBI->use_empty())
1207           TranslateMap[BBI] = N;
1208       }
1209     }
1210
1211     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1212     // to EdgeBB instead.
1213     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1214     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1215       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1216         BB->removePredecessor(PredBB);
1217         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1218       }
1219
1220     // Recurse, simplifying any other constants.
1221     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1222   }
1223
1224   return false;
1225 }
1226
1227 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1228 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1229 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1230   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1231   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1232   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1233   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1234   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1235   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1236   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1237   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1238   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1239   if (!IfCond ||
1240       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1241       isa<ConstantInt>(IfCond))
1242     return false;
1243   
1244   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1245   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1246   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1247   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1248   // fewer PHI nodes in this block.
1249   unsigned NumPhis = 0;
1250   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1251     if (NumPhis > 2)
1252       return false;
1253   
1254   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1255   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1256   // that need to be moved to the dominating block.
1257   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1258   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1259            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1260   
1261   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1262     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1263     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1264       PN->replaceAllUsesWith(V);
1265       PN->eraseFromParent();
1266       continue;
1267     }
1268     
1269     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1270                              MaxCostVal0) ||
1271         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1272                              MaxCostVal1))
1273       return false;
1274   }
1275   
1276   // If we folded the the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1277   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1278   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1279   if (PN == 0) return true;
1280   
1281   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1282   // often be turned into switches and other things.
1283   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1284       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1285        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1286        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1287     return false;
1288   
1289   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1290   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1291   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1292   // worth promoting to select instructions.
1293   BasicBlock *DomBlock = 0;
1294   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1295   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1296   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1297     IfBlock1 = 0;
1298   } else {
1299     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1300     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1301       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1302         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1303         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1304         // flow, so the xform is not worth it.
1305         return false;
1306       }
1307   }
1308     
1309   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1310     IfBlock2 = 0;
1311   } else {
1312     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1313     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1314       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1315         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1316         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1317         // flow, so the xform is not worth it.
1318         return false;
1319       }
1320   }
1321   
1322   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1323                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1324       
1325   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1326   // do all of the PHI's now.
1327   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1328   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1329   
1330   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1331   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1332   if (IfBlock1)
1333     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1334                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1335                                    IfBlock1->getTerminator());
1336   if (IfBlock2)
1337     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1338                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1339                                    IfBlock2->getTerminator());
1340   
1341   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1342     // Change the PHI node into a select instruction.
1343     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1344     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1345     
1346     SelectInst *NV = 
1347       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1348     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1349     NV->takeName(PN);
1350     PN->eraseFromParent();
1351   }
1352   
1353   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1354   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1355   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1356   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1357   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1358   Builder.CreateBr(BB);
1359   OldTI->eraseFromParent();
1360   return true;
1361 }
1362
1363 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1364 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1365 /// introducing a select if the return values disagree.
1366 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI, 
1367                                            IRBuilder<> &Builder) {
1368   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1369   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1370   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1371   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1372   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1373   
1374   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1375   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1376   // computation on one path or the other.
1377   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1378     return false;
1379   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1380     return false;
1381
1382   Builder.SetInsertPoint(BI);
1383   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1384   // there is no return value for this function, just change the
1385   // branch into a return.
1386   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1387     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1388     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1389     Builder.CreateRetVoid();
1390     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1391     return true;
1392   }
1393     
1394   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1395   // so we can insert a new select instruction.
1396   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1397   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1398   
1399   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1400   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1401     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1402       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1403   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1404     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1405       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1406   
1407   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1408   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1409   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1410   // constant expression that prevents this transformation from being
1411   // safe.
1412   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1413     if (TCV->canTrap())
1414       return false;
1415   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1416     if (FCV->canTrap())
1417       return false;
1418   
1419   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1420   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1421   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1422   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1423   
1424   // Insert select instructions where needed.
1425   Value *BrCond = BI->getCondition();
1426   if (TrueValue) {
1427     // Insert a select if the results differ.
1428     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1429     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1430       TrueValue = FalseValue;
1431     } else {
1432       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1433                                        FalseValue, "retval");
1434     }
1435   }
1436
1437   Value *RI = !TrueValue ? 
1438     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1439
1440   (void) RI;
1441       
1442   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1443                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1444                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1445       
1446   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1447
1448   return true;
1449 }
1450
1451 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1452 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1453 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1454 /// found.
1455 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1456                                   APInt &ProbTrue, APInt &ProbFalse) {
1457   assert(BI->isConditional() &&
1458          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1459   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1460   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1461   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1462   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1463   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1464   ProbTrue = CITrue->getValue();
1465   ProbFalse = CIFalse->getValue();
1466   assert(ProbTrue.getBitWidth() == 32 && ProbFalse.getBitWidth() == 32 &&
1467          "Branch probability metadata must be 32-bit integers");
1468   return true;
1469 }
1470
1471 /// MultiplyAndLosePrecision - Multiplies A and B, then returns the result. In
1472 /// the event of overflow, logically-shifts all four inputs right until the
1473 /// multiply fits.
1474 static APInt MultiplyAndLosePrecision(APInt &A, APInt &B, APInt &C, APInt &D,
1475                                       unsigned &BitsLost) {
1476   BitsLost = 0;
1477   bool Overflow = false;
1478   APInt Result = A.umul_ov(B, Overflow);
1479   if (Overflow) {
1480     APInt MaxB = APInt::getMaxValue(A.getBitWidth()).udiv(A);
1481     do {
1482       B = B.lshr(1);
1483       ++BitsLost;
1484     } while (B.ugt(MaxB));
1485     A = A.lshr(BitsLost);
1486     C = C.lshr(BitsLost);
1487     D = D.lshr(BitsLost);
1488     Result = A * B;
1489   }
1490   return Result;
1491 }
1492
1493
1494 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1495 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1496 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1497 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1498   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1499
1500   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1501   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1502     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
1503   return false;
1504
1505   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1506   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1507   // must be at the front of the block.
1508   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
1509
1510   // Ignore dbg intrinsics.
1511   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1512
1513   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
1514   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
1515   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
1516   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
1517   Instruction *BonusInst = 0;
1518   if (&*FrontIt != Cond &&
1519       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
1520       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
1521     BonusInst = &*FrontIt;
1522     ++FrontIt;
1523     
1524     // Ignore dbg intrinsics.
1525     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1526   }
1527
1528   // Only a single bonus inst is allowed.
1529   if (&*FrontIt != Cond)
1530     return false;
1531   
1532   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1533   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1534
1535   // Ingore dbg intrinsics.
1536   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
1537   
1538   if (&*CondIt != BI)
1539     return false;
1540
1541   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
1542   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
1543   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
1544     if (CE->canTrap())
1545       return false;
1546   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
1547     if (CE->canTrap())
1548       return false;
1549   
1550   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
1551   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
1552   BasicBlock *FalseDest = BI->getSuccessor(1);
1553   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
1554     return false;
1555
1556   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1557     BasicBlock *PredBlock = *PI;
1558     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
1559     
1560     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
1561     // the common successor, verify that the same value flows in from both
1562     // blocks.
1563     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() || !SafeToMergeTerminators(BI, PBI))
1564       continue;
1565     
1566     // Determine if the two branches share a common destination.
1567     Instruction::BinaryOps Opc;
1568     bool InvertPredCond = false;
1569     
1570     if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
1571       Opc = Instruction::Or;
1572     else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
1573       Opc = Instruction::And;
1574     else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
1575       Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
1576     else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
1577       Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
1578     else
1579       continue;
1580
1581     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
1582     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
1583     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the 
1584     // out-of-order core by speculating them earlier.
1585     if (BonusInst) {
1586       // Collect the values used by the bonus inst
1587       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
1588       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
1589            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
1590         Value *V = *OI;
1591         if (!isa<Constant>(V))
1592           UsedValues.insert(V);
1593       }
1594
1595       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
1596       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
1597       
1598       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
1599       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
1600       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
1601       while (!Worklist.empty()) {
1602         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
1603         Worklist.pop_back();
1604         
1605         if (Pair.second >= 4) continue;
1606         UsedValues.erase(Pair.first);
1607         if (UsedValues.empty()) break;
1608         
1609         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
1610           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
1611                OI != OE; ++OI)
1612             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
1613         }       
1614       }
1615       
1616       if (!UsedValues.empty()) return false;
1617     }
1618
1619     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
1620     IRBuilder<> Builder(PBI);    
1621
1622     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
1623     if (InvertPredCond) {
1624       Value *NewCond = PBI->getCondition();
1625       
1626       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
1627         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
1628         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
1629       } else {
1630         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond, 
1631                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
1632       }
1633       
1634       PBI->setCondition(NewCond);
1635       PBI->swapSuccessors();
1636     }
1637     
1638     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
1639     Instruction *NewBonus = 0;
1640     if (BonusInst) {
1641       NewBonus = BonusInst->clone();
1642       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
1643       NewBonus->takeName(BonusInst);
1644       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
1645     }
1646     
1647     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
1648     // two conditions together.
1649     Instruction *New = Cond->clone();
1650     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
1651     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
1652     New->takeName(Cond);
1653     Cond->setName(New->getName()+".old");
1654     
1655     Instruction *NewCond = 
1656       cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
1657                                             New, "or.cond"));
1658     PBI->setCondition(NewCond);
1659     if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
1660       AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
1661       PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
1662     }
1663     if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
1664       AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
1665       PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
1666     }
1667
1668     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
1669     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
1670
1671     // Merge probability data into PredBlock's branch.
1672     APInt A, B, C, D;
1673     if (ExtractBranchMetadata(PBI, C, D) && ExtractBranchMetadata(BI, A, B)) {
1674       // Given IR which does:
1675       //   bbA:
1676       //     br i1 %x, label %bbB, label %bbC
1677       //   bbB:
1678       //     br i1 %y, label %bbD, label %bbC
1679       // Let's call the probability that we take the edge from %bbA to %bbB
1680       // 'a', from %bbA to %bbC, 'b', from %bbB to %bbD 'c' and from %bbB to
1681       // %bbC probability 'd'.
1682       //
1683       // We transform the IR into:
1684       //   bbA:
1685       //     br i1 %z, label %bbD, label %bbC
1686       // where the probability of going to %bbD is (a*c) and going to bbC is
1687       // (b+a*d).
1688       //
1689       // Probabilities aren't stored as ratios directly. Using branch weights,
1690       // we get:
1691       // (a*c)% = A*C, (b+(a*d))% = A*D+B*C+B*D.
1692
1693       // In the event of overflow, we want to drop the LSB of the input
1694       // probabilities.
1695       unsigned BitsLost;
1696
1697       // Ignore overflow result on ProbTrue.
1698       APInt ProbTrue = MultiplyAndLosePrecision(A, C, B, D, BitsLost);
1699
1700       APInt Tmp1 = MultiplyAndLosePrecision(B, D, A, C, BitsLost);
1701       if (BitsLost) {
1702         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
1703       }
1704
1705       APInt Tmp2 = MultiplyAndLosePrecision(A, D, C, B, BitsLost);
1706       if (BitsLost) {
1707         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
1708         Tmp1 = Tmp1.lshr(BitsLost*2);
1709       }
1710
1711       APInt Tmp3 = MultiplyAndLosePrecision(B, C, A, D, BitsLost);
1712       if (BitsLost) {
1713         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
1714         Tmp1 = Tmp1.lshr(BitsLost*2);
1715         Tmp2 = Tmp2.lshr(BitsLost*2);
1716       }
1717
1718       bool Overflow1 = false, Overflow2 = false;
1719       APInt Tmp4 = Tmp2.uadd_ov(Tmp3, Overflow1);
1720       APInt ProbFalse = Tmp4.uadd_ov(Tmp1, Overflow2);
1721
1722       if (Overflow1 || Overflow2) {
1723         ProbTrue = ProbTrue.lshr(1);
1724         Tmp1 = Tmp1.lshr(1);
1725         Tmp2 = Tmp2.lshr(1);
1726         Tmp3 = Tmp3.lshr(1);
1727         Tmp4 = Tmp2 + Tmp3;
1728         ProbFalse = Tmp4 + Tmp1;
1729       }
1730
1731       // The sum of branch weights must fit in 32-bits.
1732       if (ProbTrue.isNegative() && ProbFalse.isNegative()) {
1733         ProbTrue = ProbTrue.lshr(1);
1734         ProbFalse = ProbFalse.lshr(1);
1735       }
1736
1737       if (ProbTrue != ProbFalse) {
1738         // Normalize the result.
1739         APInt GCD = APIntOps::GreatestCommonDivisor(ProbTrue, ProbFalse);
1740         ProbTrue = ProbTrue.udiv(GCD);
1741         ProbFalse = ProbFalse.udiv(GCD);
1742
1743         LLVMContext &Context = BI->getContext();
1744         Value *Ops[3];
1745         Ops[0] = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof)->getOperand(0);
1746         Ops[1] = ConstantInt::get(Context, ProbTrue);
1747         Ops[2] = ConstantInt::get(Context, ProbFalse);
1748         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, MDNode::get(Context, Ops));
1749       } else {
1750         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
1751       }
1752     } else {
1753       PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
1754     }
1755
1756     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
1757     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
1758       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
1759         I->clone()->insertBefore(PBI);
1760       
1761     return true;
1762   }
1763   return false;
1764 }
1765
1766 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
1767 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
1768 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
1769 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
1770 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
1771   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
1772   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1773
1774   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
1775   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make 
1776   // this conditional branch redundant.
1777   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
1778       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
1779     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
1780     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
1781     if (BB->getSinglePredecessor()) {
1782       // Turn this into a branch on constant.
1783       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
1784       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()), 
1785                                         CondIsTrue));
1786       return true;  // Nuke the branch on constant.
1787     }
1788     
1789     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
1790     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
1791     // simplifycfg will thread the block.
1792     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
1793       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
1794       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
1795                                        std::distance(PB, PE),
1796                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
1797                                        BB->begin());
1798       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
1799       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
1800       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
1801       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
1802         BasicBlock *P = *PI;
1803         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
1804             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
1805             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
1806             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
1807           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
1808           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()), 
1809                                               CondIsTrue), P);
1810         } else {
1811           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
1812         }
1813       }
1814       
1815       BI->setCondition(NewPN);
1816       return true;
1817     }
1818   }
1819   
1820   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
1821   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
1822   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
1823   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
1824   // Ignore dbg intrinsics.
1825   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1826     ++BBI;
1827   if (&*BBI != BI)
1828     return false;
1829
1830   
1831   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
1832     if (CE->canTrap())
1833       return false;
1834   
1835   int PBIOp, BIOp;
1836   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
1837     PBIOp = BIOp = 0;
1838   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
1839     PBIOp = 0, BIOp = 1;
1840   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
1841     PBIOp = 1, BIOp = 0;
1842   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
1843     PBIOp = BIOp = 1;
1844   else
1845     return false;
1846     
1847   // Check to make sure that the other destination of this branch
1848   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
1849   // keep getting unwound.
1850   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
1851     return false;
1852     
1853   // Do not perform this transformation if it would require 
1854   // insertion of a large number of select instructions. For targets
1855   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
1856   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
1857       
1858   unsigned NumPhis = 0;
1859   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
1860        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
1861     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
1862       return false;
1863     
1864   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
1865   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
1866   
1867   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
1868                << "AND: " << *BI->getParent());
1869   
1870   
1871   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
1872   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
1873   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
1874   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
1875   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
1876   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
1877   // infinite loop with no cond branch.
1878   if (OtherDest == BB) {
1879     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1880     // or it won't matter if it's hot. :)
1881     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1882                                                   "infloop", BB->getParent());
1883     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1884     OtherDest = InfLoopBlock;
1885   }  
1886   
1887   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
1888
1889   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
1890   // it alone, but modify PBI.
1891   
1892   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
1893   Value *PBICond = PBI->getCondition();
1894   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
1895   if (PBIOp)
1896     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
1897
1898   Value *BICond = BI->getCondition();
1899   if (BIOp)
1900     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
1901
1902   // Merge the conditions.
1903   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
1904   
1905   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
1906   PBI->setCondition(Cond);
1907   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
1908   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
1909   
1910   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
1911   // block that are identical to the entries for BI's block.
1912   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
1913   
1914   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
1915   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
1916   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
1917   // them agree.
1918   PHINode *PN;
1919   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
1920        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
1921     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1922     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
1923     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
1924     if (BIV != PBIV) {
1925       // Insert a select in PBI to pick the right value.
1926       Value *NV = cast<SelectInst>
1927         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
1928       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
1929     }
1930   }
1931   
1932   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
1933   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
1934   
1935   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
1936   // one fewer predecessor.
1937   return true;
1938 }
1939
1940 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
1941 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
1942 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
1943 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
1944 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
1945 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
1946                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB){
1947   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
1948   // First, figure out which successors to preserve.
1949   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
1950   // successor.
1951   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
1952   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
1953
1954   // Then remove the rest.
1955   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
1956     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
1957     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
1958     if (Succ == KeepEdge1)
1959       KeepEdge1 = 0;
1960     else if (Succ == KeepEdge2)
1961       KeepEdge2 = 0;
1962     else
1963       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
1964   }
1965
1966   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
1967   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
1968
1969   // Insert an appropriate new terminator.
1970   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
1971     if (TrueBB == FalseBB)
1972       // We were only looking for one successor, and it was present.
1973       // Create an unconditional branch to it.
1974       Builder.CreateBr(TrueBB);
1975     else
1976       // We found both of the successors we were looking for.
1977       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
1978       Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
1979   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
1980     // Neither of the selected blocks were successors, so this
1981     // terminator must be unreachable.
1982     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
1983   } else {
1984     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
1985     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
1986     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
1987     if (KeepEdge1 == 0)
1988       // Only TrueBB was found.
1989       Builder.CreateBr(TrueBB);
1990     else
1991       // Only FalseBB was found.
1992       Builder.CreateBr(FalseBB);
1993   }
1994
1995   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
1996   return true;
1997 }
1998
1999 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2000 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2001 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2002 // unconditional otherwise.
2003 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2004   // Check for constant integer values in the select.
2005   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2006   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2007   if (!TrueVal || !FalseVal)
2008     return false;
2009
2010   // Find the relevant condition and destinations.
2011   Value *Condition = Select->getCondition();
2012   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2013   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2014
2015   // Perform the actual simplification.
2016   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB);
2017 }
2018
2019 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2020 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2021 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2022 // with
2023 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2024 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2025   // Check that both operands of the select are block addresses.
2026   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2027   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2028   if (!TBA || !FBA)
2029     return false;
2030
2031   // Extract the actual blocks.
2032   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2033   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2034
2035   // Perform the actual simplification.
2036   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB);
2037 }
2038
2039 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2040 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2041 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2042 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2043 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2044 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2045 /// like:
2046 ///
2047 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2048 /// DEFAULT:
2049 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2050 ///   br label %end
2051 /// end:
2052 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2053 /// 
2054 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2055 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2056 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICmpInst *ICI,
2057                                                   const TargetData *TD,
2058                                                   IRBuilder<> &Builder) {
2059   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2060
2061   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2062   // complex.
2063   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2064
2065   Value *V = ICI->getOperand(0);
2066   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2067   
2068   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2069   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2070   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2071   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2072   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2073   
2074   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2075   if (SI->getCondition() != V)
2076     return false;
2077   
2078   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2079   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2080   // away.
2081   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2082     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2083     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2084     ICI->setOperand(0, VVal);
2085     
2086     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2087       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2088       ICI->eraseFromParent();
2089     }
2090     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2091     return SimplifyCFG(BB) | true;
2092   }
2093   
2094   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2095   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2096   // and zap it.
2097   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->caseDefault()) {
2098     Value *V;
2099     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2100       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2101     else
2102       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2103     
2104     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2105     ICI->eraseFromParent();
2106     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2107     return SimplifyCFG(BB) | true;
2108   }
2109   
2110   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2111   // the block.
2112   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2113   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2114   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2115       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2116     return false;
2117
2118   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2119   // true in the PHI.
2120   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2121   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2122
2123   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2124     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2125
2126   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2127   // false depending on if it is EQ or NE.
2128   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2129   ICI->eraseFromParent();
2130
2131   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2132   // the switch to the merge point on the compared value.
2133   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2134                                          BB->getParent(), BB);
2135   SI->addCase(Cst, NewBB);
2136   
2137   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2138   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2139   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2140   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2141   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2142   return true;
2143 }
2144
2145 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2146 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2147 /// fold it into a switch instruction if so.
2148 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const TargetData *TD,
2149                                       IRBuilder<> &Builder) {
2150   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2151   if (Cond == 0) return false;
2152   
2153   
2154   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2155   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2156   // 'setne's and'ed together, collect them.
2157   Value *CompVal = 0;
2158   std::vector<ConstantInt*> Values;
2159   bool TrueWhenEqual = true;
2160   Value *ExtraCase = 0;
2161   unsigned UsedICmps = 0;
2162   
2163   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2164     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2165                                      UsedICmps);
2166   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2167     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2168                                      UsedICmps);
2169     TrueWhenEqual = false;
2170   }
2171   
2172   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2173   if (CompVal == 0) return false;
2174
2175   // Avoid turning single icmps into a switch.
2176   if (UsedICmps <= 1)
2177     return false;
2178
2179   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2180   // instruction can't handle, remove them now.
2181   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2182   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2183   
2184   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2185   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2186   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2187   
2188   // Figure out which block is which destination.
2189   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2190   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2191   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2192   
2193   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2194   
2195   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2196                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2197   
2198   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2199   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2200   // right before the condbr to handle it.
2201   if (ExtraCase) {
2202     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2203     // Remove the uncond branch added to the old block.
2204     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2205     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2206
2207     if (TrueWhenEqual)
2208       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2209     else
2210       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2211       
2212     OldTI->eraseFromParent();
2213     
2214     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2215     // for the edge we just added.
2216     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2217     
2218     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2219           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2220     BB = NewBB;
2221   }
2222
2223   Builder.SetInsertPoint(BI);
2224   // Convert pointer to int before we switch.
2225   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2226     assert(TD && "Cannot switch on pointer without TargetData");
2227     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2228                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2229                                      "magicptr");
2230   }
2231   
2232   // Create the new switch instruction now.
2233   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2234
2235   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2236   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2237     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2238   
2239   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2240   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2241   // the number of edges added.
2242   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2243        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2244     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2245     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2246     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2247       PN->addIncoming(InVal, BB);
2248   }
2249   
2250   // Erase the old branch instruction.
2251   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2252   
2253   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2254   return true;
2255 }
2256
2257 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2258   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2259   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2260   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2261   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2262   if (RI->getValue() != LPInst)
2263     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2264     // caused control to branch here.
2265     return false;
2266
2267   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2268   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2269   while (++I != E)
2270     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2271       return false;
2272
2273   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2274   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2275     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2276     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2277     // Insert a call instruction before the invoke.
2278     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2279     Call->takeName(II);
2280     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2281     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2282     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2283
2284     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2285     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2286     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2287     // updated.
2288     II->replaceAllUsesWith(Call);
2289     BB->removePredecessor(II->getParent());
2290
2291     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2292     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2293
2294     // Finally, delete the invoke instruction!
2295     II->eraseFromParent();
2296   }
2297
2298   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2299   BB->eraseFromParent();
2300   return true;
2301 }
2302
2303 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2304   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2305   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2306   
2307   // Find predecessors that end with branches.
2308   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2309   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2310   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2311     BasicBlock *P = *PI;
2312     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2313     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2314       if (BI->isUnconditional())
2315         UncondBranchPreds.push_back(P);
2316       else
2317         CondBranchPreds.push_back(BI);
2318     }
2319   }
2320   
2321   // If we found some, do the transformation!
2322   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2323     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2324       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2325       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2326             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2327       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2328     }
2329     
2330     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2331     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2332       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2333       BB->eraseFromParent();
2334     
2335     return true;
2336   }
2337   
2338   // Check out all of the conditional branches going to this return
2339   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2340   // branch itself into a select/return pair.
2341   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2342     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2343     
2344     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2345     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2346         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2347         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2348       return true;
2349   }
2350   return false;
2351 }
2352
2353 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2354   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2355   
2356   bool Changed = false;
2357   
2358   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2359   // be removed, do so.
2360   while (UI != BB->begin()) {
2361     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2362     --BBI;
2363     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2364     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2365     // operations may have this effect.
2366     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2367
2368     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2369       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2370         if (SI->isVolatile())
2371           break;
2372       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2373         if (LI->isVolatile())
2374           break;
2375       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2376         if (RMWI->isVolatile())
2377           break;
2378       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2379         if (CXI->isVolatile())
2380           break;
2381       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2382                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2383         break;
2384       }
2385       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2386       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2387       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2388       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2389     }
2390
2391     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2392     if (!BBI->use_empty())
2393       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2394     BBI->eraseFromParent();
2395     Changed = true;
2396   }
2397   
2398   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
2399   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
2400   if (&BB->front() != UI) return Changed;
2401   
2402   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2403   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
2404     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
2405     IRBuilder<> Builder(TI);
2406     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2407       if (BI->isUnconditional()) {
2408         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2409           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
2410           TI->eraseFromParent();
2411           Changed = true;
2412         }
2413       } else {
2414         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2415           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
2416           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2417         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
2418           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
2419           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2420           Changed = true;
2421         }
2422       }
2423     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2424       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->caseBegin(), e = SI->caseEnd();
2425            i != e; ++i)
2426         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
2427           BB->removePredecessor(SI->getParent());
2428           SI->removeCase(i);
2429           --i; --e;
2430           Changed = true;
2431         }
2432       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
2433       // destination and make it the default.
2434       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
2435         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
2436         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->caseBegin(), e = SI->caseEnd();
2437              i != e; ++i) {
2438           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
2439               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
2440           if (entry.first == 0) {
2441             entry.first = 1;
2442             entry.second = i.getCaseIndex();
2443           } else {
2444             entry.first++;
2445           }
2446         }
2447
2448         // Find the most popular block.
2449         unsigned MaxPop = 0;
2450         unsigned MaxIndex = 0;
2451         BasicBlock *MaxBlock = 0;
2452         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
2453              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
2454           if (I->second.first > MaxPop || 
2455               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
2456             MaxPop = I->second.first;
2457             MaxIndex = I->second.second;
2458             MaxBlock = I->first;
2459           }
2460         }
2461         if (MaxBlock) {
2462           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
2463           // edges to it.
2464           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
2465           Changed = true;
2466           
2467           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
2468           // it.
2469           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
2470             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
2471               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
2472           
2473           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->caseBegin(), e = SI->caseEnd();
2474                i != e; ++i)
2475             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
2476               SI->removeCase(i);
2477               --i; --e;
2478             }
2479         }
2480       }
2481     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
2482       if (II->getUnwindDest() == BB) {
2483         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
2484         // place to note that the call does not throw though.
2485         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
2486         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
2487         
2488         // Insert the call now...
2489         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
2490         Builder.SetInsertPoint(BI);
2491         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
2492                                           Args, II->getName());
2493         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
2494         CI->setAttributes(II->getAttributes());
2495         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
2496         II->replaceAllUsesWith(CI);
2497         delete II;
2498         Changed = true;
2499       }
2500     }
2501   }
2502   
2503   // If this block is now dead, remove it.
2504   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
2505       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
2506     // We know there are no successors, so just nuke the block.
2507     BB->eraseFromParent();
2508     return true;
2509   }
2510
2511   return Changed;
2512 }
2513
2514 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
2515 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
2516 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
2517   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
2518
2519   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
2520   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
2521   SwitchInst::CaseIt I = SI->caseBegin();
2522   Cases.push_back(I.getCaseValue());
2523   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
2524   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->caseEnd(); I != E; PrevI = I++) {
2525     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
2526       return false;
2527     Cases.push_back(I.getCaseValue());
2528   }
2529   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
2530
2531   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
2532   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
2533   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
2534     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
2535       return false;
2536   }
2537
2538   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
2539   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
2540
2541   Value *Sub = SI->getCondition();
2542   if (!Offset->isNullValue())
2543     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
2544   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
2545   Builder.CreateCondBr(
2546       Cmp, SI->caseBegin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
2547
2548   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
2549   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->caseBegin().getCaseSuccessor()->begin();
2550        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2551     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
2552       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
2553   }
2554   SI->eraseFromParent();
2555
2556   return true;
2557 }
2558
2559 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
2560 /// and use it to remove dead cases.
2561 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
2562   Value *Cond = SI->getCondition();
2563   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
2564   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
2565   ComputeMaskedBits(Cond, APInt::getAllOnesValue(Bits), KnownZero, KnownOne);
2566
2567   // Gather dead cases.
2568   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
2569   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->caseBegin(), E = SI->caseEnd(); I != E; ++I) {
2570     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
2571         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
2572       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
2573       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
2574                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
2575     }
2576   }
2577
2578   // Remove dead cases from the switch.
2579   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
2580     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
2581     assert(Case != SI->caseDefault() &&
2582            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
2583     // Prune unused values from PHI nodes.
2584     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
2585     SI->removeCase(Case);
2586   }
2587
2588   return !DeadCases.empty();
2589 }
2590
2591 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
2592 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
2593 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
2594 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
2595 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
2596 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
2597                                               BasicBlock *BB,
2598                                               int *PhiIndex) {
2599   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
2600     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
2601   if (!BB->getSinglePredecessor())
2602     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
2603
2604   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
2605   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
2606     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
2607
2608   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
2609
2610   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
2611   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2612     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
2613     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
2614
2615     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
2616     if (InValue != CaseValue) continue;
2617
2618     *PhiIndex = Idx;
2619     return PHI;
2620   }
2621
2622   return NULL;
2623 }
2624
2625 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
2626 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
2627 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
2628 /// Returns true if a change is made.
2629 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
2630   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
2631   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
2632
2633   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->caseBegin(), E = SI->caseEnd(); I != E; ++I) {
2634     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
2635     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
2636
2637     int PhiIndex;
2638     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
2639                                                  &PhiIndex);
2640     if (!PHI) continue;
2641
2642     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
2643   }
2644
2645   bool Changed = false;
2646
2647   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
2648        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
2649     PHINode *Phi = I->first;
2650     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
2651
2652     if (Indexes.size() < 2) continue;
2653
2654     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
2655       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
2656     Changed = true;
2657   }
2658
2659   return Changed;
2660 }
2661
2662 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
2663   // If this switch is too complex to want to look at, ignore it.
2664   if (!isValueEqualityComparison(SI))
2665     return false;
2666
2667   BasicBlock *BB = SI->getParent();
2668
2669   // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
2670   // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
2671   if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
2672     if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
2673       return SimplifyCFG(BB) | true;
2674
2675   Value *Cond = SI->getCondition();
2676   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
2677     if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
2678       return SimplifyCFG(BB) | true;
2679
2680   // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
2681   // away into any preds.
2682   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2683   // Ignore dbg intrinsics.
2684   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2685     ++BBI;
2686   if (SI == &*BBI)
2687     if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
2688       return SimplifyCFG(BB) | true;
2689
2690   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
2691   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
2692     return SimplifyCFG(BB) | true;
2693
2694   // Remove unreachable cases.
2695   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
2696     return SimplifyCFG(BB) | true;
2697
2698   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
2699     return SimplifyCFG(BB) | true;
2700
2701   return false;
2702 }
2703
2704 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
2705   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
2706   bool Changed = false;
2707   
2708   // Eliminate redundant destinations.
2709   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
2710   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
2711     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
2712     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
2713       Dest->removePredecessor(BB);
2714       IBI->removeDestination(i);
2715       --i; --e;
2716       Changed = true;
2717     }
2718   } 
2719
2720   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
2721     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
2722     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
2723     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
2724     return true;
2725   }
2726   
2727   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
2728     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
2729     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
2730     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
2731     return true;
2732   }
2733   
2734   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
2735     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
2736       return SimplifyCFG(BB) | true;
2737   }
2738   return Changed;
2739 }
2740
2741 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
2742   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2743   
2744   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
2745   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
2746   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
2747       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
2748     return true;
2749   
2750   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
2751   // against a constant, try to simplify the block.
2752   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
2753     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
2754       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
2755         ;
2756       if (I->isTerminator() &&
2757           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, TD, Builder))
2758         return true;
2759     }
2760   
2761   return false;
2762 }
2763
2764
2765 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
2766   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2767   
2768   // Conditional branch
2769   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
2770     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
2771     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
2772     // switch.
2773     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
2774       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
2775         return SimplifyCFG(BB) | true;
2776     
2777     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
2778     // Ignore dbg intrinsics.
2779     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
2780     // Ignore dbg intrinsics.
2781     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2782       ++I;
2783     if (&*I == BI) {
2784       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
2785         return SimplifyCFG(BB) | true;
2786     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
2787       ++I;
2788       // Ignore dbg intrinsics.
2789       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2790         ++I;
2791       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
2792         return SimplifyCFG(BB) | true;
2793     }
2794   }
2795   
2796   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
2797   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
2798     return true;
2799   
2800   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
2801   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
2802   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
2803   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
2804     return SimplifyCFG(BB) | true;
2805   
2806   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
2807   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
2808   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
2809   // can hoist it up to the branching block.
2810   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
2811     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
2812       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
2813         return SimplifyCFG(BB) | true;
2814     } else {
2815       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
2816       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
2817       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
2818       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
2819           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2820         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
2821           return SimplifyCFG(BB) | true;
2822     }
2823   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
2824     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
2825     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
2826     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
2827     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
2828         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2829       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
2830         return SimplifyCFG(BB) | true;
2831   }
2832   
2833   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
2834   // through this block if any PHI node entries are constants.
2835   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
2836     if (PN->getParent() == BI->getParent())
2837       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
2838         return SimplifyCFG(BB) | true;
2839   
2840   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
2841   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
2842     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
2843       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
2844         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
2845           return SimplifyCFG(BB) | true;
2846
2847   return false;
2848 }
2849
2850 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
2851 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
2852   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
2853   if (!C)
2854     return false;
2855
2856   if (!I->hasOneUse()) // Only look at single-use instructions, for compile time
2857     return false;
2858
2859   if (C->isNullValue()) {
2860     Instruction *Use = I->use_back();
2861
2862     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
2863     // control flow (eg. calls)
2864     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
2865       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
2866         return false;
2867
2868     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
2869     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
2870       if (GEP->getPointerOperand() == I)
2871         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
2872
2873     // Look through bitcasts.
2874     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
2875       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
2876
2877     // Load from null is undefined.
2878     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
2879       return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
2880
2881     // Store to null is undefined.
2882     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
2883       return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
2884   }
2885   return false;
2886 }
2887
2888 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
2889 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
2890 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
2891   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
2892        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
2893     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
2894       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
2895         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
2896         IRBuilder<> Builder(T);
2897         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
2898           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
2899           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
2900           // destination from conditional branches.
2901           if (BI->isUnconditional())
2902             Builder.CreateUnreachable();
2903           else
2904             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
2905                                                          BI->getSuccessor(0));
2906           BI->eraseFromParent();
2907           return true;
2908         }
2909         // TODO: SwitchInst.
2910       }
2911
2912   return false;
2913 }
2914
2915 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
2916   bool Changed = false;
2917
2918   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
2919   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
2920
2921   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
2922   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
2923   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
2924        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
2925       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
2926     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
2927     DeleteDeadBlock(BB);
2928     return true;
2929   }
2930
2931   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
2932   // away...
2933   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
2934
2935   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
2936   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
2937
2938   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
2939   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
2940
2941   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
2942   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
2943   // if there are no PHI nodes.
2944   //
2945   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
2946     return true;
2947   
2948   IRBuilder<> Builder(BB);
2949
2950   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
2951   // eliminate it, do so now.
2952   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
2953     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
2954       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
2955
2956   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
2957   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
2958     if (BI->isUnconditional()) {
2959       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
2960     } else {
2961       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
2962     }
2963   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
2964     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
2965   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
2966     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
2967   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
2968     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
2969   } else if (UnreachableInst *UI =
2970                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
2971     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
2972   } else if (IndirectBrInst *IBI =
2973                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
2974     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
2975   }
2976
2977   return Changed;
2978 }
2979
2980 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
2981 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
2982 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
2983 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
2984 ///
2985 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetData *TD) {
2986   return SimplifyCFGOpt(TD).run(BB);
2987 }