Convert a bunch of loops to foreach. NFC.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
17 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/CFG.h"
26 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Constants.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
30 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
31 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Metadata.h"
37 #include "llvm/IR/Module.h"
38 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
41 #include "llvm/IR/Type.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
48 #include <algorithm>
49 #include <map>
50 #include <set>
51 using namespace llvm;
52 using namespace PatternMatch;
53
54 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
55
56 // Chosen as 2 so as to be cheap, but still to have enough power to fold
57 // a select, so the "clamp" idiom (of a min followed by a max) will be caught.
58 // To catch this, we need to fold a compare and a select, hence '2' being the
59 // minimum reasonable default.
60 static cl::opt<unsigned>
61 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(2),
62    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 2)"));
63
64 static cl::opt<bool>
65 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
66        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
67
68 static cl::opt<bool>
69 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
70        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
71
72 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
73     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
74     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
75
76 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
77 STATISTIC(NumLinearMaps, "Number of switch instructions turned into linear mapping");
78 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
79 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
80 STATISTIC(NumTableCmpReuses, "Number of reused switch table lookup compares");
81 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
82 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
83
84 namespace {
85   // The first field contains the value that the switch produces when a certain
86   // case group is selected, and the second field is a vector containing the cases
87   // composing the case group.
88   typedef SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>
89     SwitchCaseResultVectorTy;
90   // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
91   // and the second field contains the value generated for a certain case in the switch
92   // for that PHI.
93   typedef SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> SwitchCaseResultsTy;
94
95   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
96   struct ValueEqualityComparisonCase {
97     ConstantInt *Value;
98     BasicBlock *Dest;
99
100     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
101       : Value(Value), Dest(Dest) {}
102
103     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
104       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
105       return Value < RHS.Value;
106     }
107
108     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
109   };
110
111 class SimplifyCFGOpt {
112   const TargetTransformInfo &TTI;
113   const DataLayout &DL;
114   unsigned BonusInstThreshold;
115   AssumptionCache *AC;
116   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
117   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
118                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
119   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
120                                                      BasicBlock *Pred,
121                                                      IRBuilder<> &Builder);
122   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
123                                            IRBuilder<> &Builder);
124
125   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
126   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
127   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
128   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
129   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
130   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
131   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
132
133 public:
134   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout &DL,
135                  unsigned BonusInstThreshold, AssumptionCache *AC)
136       : TTI(TTI), DL(DL), BonusInstThreshold(BonusInstThreshold), AC(AC) {}
137   bool run(BasicBlock *BB);
138 };
139 }
140
141 /// Return true if it is safe to merge these two
142 /// terminator instructions together.
143 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
144   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
145
146   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
147   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
148   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
149   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
150   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
151   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
152
153   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
154     if (SI1Succs.count(*I))
155       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
156            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
157         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
158         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
159             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
160           return false;
161       }
162
163   return true;
164 }
165
166 /// Return true if it is safe and profitable to merge these two terminator
167 /// instructions together, where SI1 is an unconditional branch. PhiNodes will
168 /// store all PHI nodes in common successors.
169 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
170                                           BranchInst *SI2,
171                                           Instruction *Cond,
172                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
173   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
174   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
175
176   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
177   // common successors:
178   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
179   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
180   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
181   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
182   if (!Ci2) return false;
183   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
184         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
185       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
186         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
187     return false;
188
189   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
190   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
191   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
192   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
193     if (SI1Succs.count(*I))
194       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
195            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
196         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
197         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
198             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
199           return false;
200         PhiNodes.push_back(PN);
201       }
202   return true;
203 }
204
205 /// Update PHI nodes in Succ to indicate that there will now be entries in it
206 /// from the 'NewPred' block. The values that will be flowing into the PHI nodes
207 /// will be the same as those coming in from ExistPred, an existing predecessor
208 /// of Succ.
209 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
210                                   BasicBlock *ExistPred) {
211   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
212
213   PHINode *PN;
214   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
215        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
216     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
217 }
218
219 /// Compute an abstract "cost" of speculating the given instruction,
220 /// which is assumed to be safe to speculate. TCC_Free means cheap,
221 /// TCC_Basic means less cheap, and TCC_Expensive means prohibitively
222 /// expensive.
223 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I,
224                                        const TargetTransformInfo &TTI) {
225   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
226          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
227   return TTI.getUserCost(I);
228 }
229 /// If we have a merge point of an "if condition" as accepted above,
230 /// return true if the specified value dominates the block.  We
231 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
232 /// which works well enough for us.
233 ///
234 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
235 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
236 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
237 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
238 /// set and true is returned.
239 ///
240 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
241 /// Select whose cost is 2.
242 ///
243 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
244 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
245 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
246 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
247                                 SmallPtrSetImpl<Instruction*> *AggressiveInsts,
248                                 unsigned &CostRemaining,
249                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
250   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
251   if (!I) {
252     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
253     // can be executed unconditionally.
254     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
255       if (C->canTrap())
256         return false;
257     return true;
258   }
259   BasicBlock *PBB = I->getParent();
260
261   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
262   // the bottom of this block.
263   if (PBB == BB) return false;
264
265   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
266   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
267   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
268   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
269   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
270     return true;
271
272   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
273   // instructions in the 'if region'.
274   if (!AggressiveInsts) return false;
275
276   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
277   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
278
279   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
280   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
281   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
282   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
283     return false;
284
285   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, TTI);
286
287   if (Cost > CostRemaining)
288     return false;
289
290   CostRemaining -= Cost;
291
292   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
293   // not take us over the cost threshold.
294   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
295     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, TTI))
296       return false;
297   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
298   AggressiveInsts->insert(I);
299   return true;
300 }
301
302 /// Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
303 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
304 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout &DL) {
305   // Normal constant int.
306   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
307   if (CI || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
308     return CI;
309
310   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
311   // ConstantInt if possible.
312   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL.getIntPtrType(V->getType()));
313
314   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
315   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
316     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
317
318   // IntToPtr const int.
319   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
320     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
321       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
322         // The constant is very likely to have the right type already.
323         if (CI->getType() == PtrTy)
324           return CI;
325         else
326           return cast<ConstantInt>
327             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
328       }
329   return nullptr;
330 }
331
332 namespace {
333
334 /// Given a chain of or (||) or and (&&) comparison of a value against a
335 /// constant, this will try to recover the information required for a switch
336 /// structure.
337 /// It will depth-first traverse the chain of comparison, seeking for patterns
338 /// like %a == 12 or %a < 4 and combine them to produce a set of integer
339 /// representing the different cases for the switch.
340 /// Note that if the chain is composed of '||' it will build the set of elements
341 /// that matches the comparisons (i.e. any of this value validate the chain)
342 /// while for a chain of '&&' it will build the set elements that make the test
343 /// fail.
344 struct ConstantComparesGatherer {
345   const DataLayout &DL;
346   Value *CompValue; /// Value found for the switch comparison
347   Value *Extra;     /// Extra clause to be checked before the switch
348   SmallVector<ConstantInt *, 8> Vals; /// Set of integers to match in switch
349   unsigned UsedICmps; /// Number of comparisons matched in the and/or chain
350
351   /// Construct and compute the result for the comparison instruction Cond
352   ConstantComparesGatherer(Instruction *Cond, const DataLayout &DL)
353       : DL(DL), CompValue(nullptr), Extra(nullptr), UsedICmps(0) {
354     gather(Cond);
355   }
356
357   /// Prevent copy
358   ConstantComparesGatherer(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
359   ConstantComparesGatherer &
360   operator=(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
361
362 private:
363
364   /// Try to set the current value used for the comparison, it succeeds only if
365   /// it wasn't set before or if the new value is the same as the old one
366   bool setValueOnce(Value *NewVal) {
367     if(CompValue && CompValue != NewVal) return false;
368     CompValue = NewVal;
369     return (CompValue != nullptr);
370   }
371
372   /// Try to match Instruction "I" as a comparison against a constant and
373   /// populates the array Vals with the set of values that match (or do not
374   /// match depending on isEQ).
375   /// Return false on failure. On success, the Value the comparison matched
376   /// against is placed in CompValue.
377   /// If CompValue is already set, the function is expected to fail if a match
378   /// is found but the value compared to is different.
379   bool matchInstruction(Instruction *I, bool isEQ) {
380     // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
381     ICmpInst *ICI;
382     ConstantInt *C;
383     if (!((ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) &&
384              (C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)))) {
385       return false;
386     }
387
388     Value *RHSVal;
389     ConstantInt *RHSC;
390
391     // Pattern match a special case
392     // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
393     // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
394     if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
395       if (match(ICI->getOperand(0),
396                 m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
397         APInt Not = ~RHSC->getValue();
398         if (Not.isPowerOf2()) {
399           // If we already have a value for the switch, it has to match!
400           if(!setValueOnce(RHSVal))
401             return false;
402
403           Vals.push_back(C);
404           Vals.push_back(ConstantInt::get(C->getContext(),
405                                           C->getValue() | Not));
406           UsedICmps++;
407           return true;
408         }
409       }
410
411       // If we already have a value for the switch, it has to match!
412       if(!setValueOnce(ICI->getOperand(0)))
413         return false;
414
415       UsedICmps++;
416       Vals.push_back(C);
417       return ICI->getOperand(0);
418     }
419
420     // If we have "x ult 3", for example, then we can add 0,1,2 to the set.
421     ConstantRange Span = ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(
422         ICI->getPredicate(), C->getValue());
423
424     // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
425     // compare idiom as emitted by instcombine.
426     Value *CandidateVal = I->getOperand(0);
427     if(match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
428       Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
429       CandidateVal = RHSVal;
430     }
431
432     // If this is an and/!= check, then we are looking to build the set of
433     // value that *don't* pass the and chain. I.e. to turn "x ugt 2" into
434     // x != 0 && x != 1.
435     if (!isEQ)
436       Span = Span.inverse();
437
438     // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
439     if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet()) {
440       return false;
441     }
442
443     // If we already have a value for the switch, it has to match!
444     if(!setValueOnce(CandidateVal))
445       return false;
446
447     // Add all values from the range to the set
448     for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
449       Vals.push_back(ConstantInt::get(I->getContext(), Tmp));
450
451     UsedICmps++;
452     return true;
453
454   }
455
456   /// Given a potentially 'or'd or 'and'd together collection of icmp
457   /// eq/ne/lt/gt instructions that compare a value against a constant, extract
458   /// the value being compared, and stick the list constants into the Vals
459   /// vector.
460   /// One "Extra" case is allowed to differ from the other.
461   void gather(Value *V) {
462     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
463     bool isEQ = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
464
465     // Keep a stack (SmallVector for efficiency) for depth-first traversal
466     SmallVector<Value *, 8> DFT;
467
468     // Initialize
469     DFT.push_back(V);
470
471     while(!DFT.empty()) {
472       V = DFT.pop_back_val();
473
474       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
475         // If it is a || (or && depending on isEQ), process the operands.
476         if (I->getOpcode() == (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And)) {
477           DFT.push_back(I->getOperand(1));
478           DFT.push_back(I->getOperand(0));
479           continue;
480         }
481
482         // Try to match the current instruction
483         if (matchInstruction(I, isEQ))
484           // Match succeed, continue the loop
485           continue;
486       }
487
488       // One element of the sequence of || (or &&) could not be match as a
489       // comparison against the same value as the others.
490       // We allow only one "Extra" case to be checked before the switch
491       if (!Extra) {
492         Extra = V;
493         continue;
494       }
495       // Failed to parse a proper sequence, abort now
496       CompValue = nullptr;
497       break;
498     }
499   }
500 };
501
502 }
503
504 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
505   Instruction *Cond = nullptr;
506   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
507     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
508   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
509     if (BI->isConditional())
510       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
511   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
512     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
513   }
514
515   TI->eraseFromParent();
516   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
517 }
518
519 /// Return true if the specified terminator checks
520 /// to see if a value is equal to constant integer value.
521 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
522   Value *CV = nullptr;
523   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
524     // Do not permit merging of large switch instructions into their
525     // predecessors unless there is only one predecessor.
526     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
527                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
528       CV = SI->getCondition();
529   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
530     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
531       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition())) {
532         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
533           CV = ICI->getOperand(0);
534       }
535
536   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
537   if (CV) {
538     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
539       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
540       if (PTII->getType() == DL.getIntPtrType(Ptr->getType()))
541         CV = Ptr;
542     }
543   }
544   return CV;
545 }
546
547 /// Given a value comparison instruction,
548 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
549 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
550 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
551                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
552                                                                        &Cases) {
553   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
554     Cases.reserve(SI->getNumCases());
555     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
556       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
557                                                   i.getCaseSuccessor()));
558     return SI->getDefaultDest();
559   }
560
561   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
562   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
563   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
564   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
565                                                              DL),
566                                               Succ));
567   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
568 }
569
570
571 /// Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
572 /// in the list that match the specified block.
573 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
574                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
575   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
576 }
577
578 /// Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as well.
579 static bool
580 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
581               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
582   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
583
584   // Make V1 be smaller than V2.
585   if (V1->size() > V2->size())
586     std::swap(V1, V2);
587
588   if (V1->size() == 0) return false;
589   if (V1->size() == 1) {
590     // Just scan V2.
591     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
592     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
593       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
594         return true;
595   }
596
597   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
598   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
599   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
600   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
601   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
602     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
603       return true;
604     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
605       ++i1;
606     else
607       ++i2;
608   }
609   return false;
610 }
611
612 /// If TI is known to be a terminator instruction and its block is known to
613 /// only have a single predecessor block, check to see if that predecessor is
614 /// also a value comparison with the same value, and if that comparison
615 /// determines the outcome of this comparison. If so, simplify TI. This does a
616 /// very limited form of jump threading.
617 bool SimplifyCFGOpt::
618 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
619                                               BasicBlock *Pred,
620                                               IRBuilder<> &Builder) {
621   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
622   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
623
624   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
625   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
626   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
627
628   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
629   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
630
631   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
632   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
633   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
634                                                         PredCases);
635   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
636
637   // Find information about how control leaves this block.
638   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
639   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
640   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
641
642   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
643   // simplify TI based on this knowledge.
644   if (PredDef == TI->getParent()) {
645     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
646     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
647     // can simplify TI.
648     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
649       return false;
650
651     if (isa<BranchInst>(TI)) {
652       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
653       // uncond br.
654       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
655       // Insert the new branch.
656       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
657       (void) NI;
658
659       // Remove PHI node entries for the dead edge.
660       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
661
662       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
663            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
664
665       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
666       return true;
667     }
668
669     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
670     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
671     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
672     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
673       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
674
675     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
676                  << "Through successor TI: " << *TI);
677
678     // Collect branch weights into a vector.
679     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
680     MDNode *MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
681     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
682     if (HasWeight)
683       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
684            ++MD_i) {
685         ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
686         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
687       }
688     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
689       --i;
690       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
691         if (HasWeight) {
692           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
693           Weights.pop_back();
694         }
695         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
696         SI->removeCase(i);
697       }
698     }
699     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
700       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
701                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
702                       createBranchWeights(Weights));
703
704     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
705     return true;
706   }
707
708   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
709   // which value (or set of values) this is.
710   ConstantInt *TIV = nullptr;
711   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
712   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
713     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
714       if (TIV)
715         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
716       TIV = PredCases[i].Value;
717     }
718   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
719
720   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
721   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
722   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
723   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
724     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
725       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
726       break;
727     }
728
729   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
730   if (!TheRealDest) TheRealDest = ThisDef;
731
732   // Remove PHI node entries for dead edges.
733   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
734   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
735     if (*SI != CheckEdge)
736       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
737     else
738       CheckEdge = nullptr;
739
740   // Insert the new branch.
741   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
742   (void) NI;
743
744   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
745             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
746
747   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
748   return true;
749 }
750
751 namespace {
752   /// This class implements a stable ordering of constant
753   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
754   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
755   struct ConstantIntOrdering {
756     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
757       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
758     }
759   };
760 }
761
762 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
763                                     ConstantInt *const *P2) {
764   const ConstantInt *LHS = *P1;
765   const ConstantInt *RHS = *P2;
766   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
767     return 1;
768   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
769     return 0;
770   return -1;
771 }
772
773 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
774   MDNode *ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
775   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
776     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
777       return MDS->getString().equals("branch_weights");
778
779   return false;
780 }
781
782 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
783 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
784 /// metadata.
785 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
786                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
787   MDNode *MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
788   assert(MD);
789   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
790     ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
791     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
792   }
793
794   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
795   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
796   // default weight to be the first entry.
797   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
798     assert(Weights.size() == 2);
799     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
800     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
801       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
802   }
803 }
804
805 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
806 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
807   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
808   if (Max > UINT_MAX) {
809     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
810     for (uint64_t &I : Weights)
811       I >>= Offset;
812   }
813 }
814
815 /// The specified terminator is a value equality comparison instruction
816 /// (either a switch or a branch on "X == c").
817 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
818 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
819 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
820                                                          IRBuilder<> &Builder) {
821   BasicBlock *BB = TI->getParent();
822   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
823   assert(CV && "Not a comparison?");
824   bool Changed = false;
825
826   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
827   while (!Preds.empty()) {
828     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
829
830     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
831     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
832     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
833
834     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
835       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
836       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
837       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
838
839       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
840       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
841
842       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
843       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
844       // build.
845       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
846
847       // Update the branch weight metadata along the way
848       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
849       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
850       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
851
852       if (PredHasWeights) {
853         GetBranchWeights(PTI, Weights);
854         // branch-weight metadata is inconsistent here.
855         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
856           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
857       } else if (SuccHasWeights)
858         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
859         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
860         // successor's weights
861         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
862
863       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
864       if (SuccHasWeights) {
865         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
866         // branch-weight metadata is inconsistent here.
867         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
868           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
869       } else if (PredHasWeights)
870         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
871
872       if (PredDefault == BB) {
873         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
874         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
875         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
876         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
877           if (PredCases[i].Dest != BB)
878             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
879           else {
880             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
881             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
882
883             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
884               // Increase weight for the default case.
885               Weights[0] += Weights[i+1];
886               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
887               Weights.pop_back();
888             }
889
890             PredCases.pop_back();
891             --i; --e;
892           }
893
894         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
895         if (PredDefault != BBDefault) {
896           PredDefault->removePredecessor(Pred);
897           PredDefault = BBDefault;
898           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
899         }
900
901         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
902         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
903         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
904           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
905               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
906             PredCases.push_back(BBCases[i]);
907             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
908             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
909               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
910               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
911               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
912               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
913               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
914             }
915           }
916
917         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
918           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
919           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
920           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
921             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
922           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
923           Weights[0] *= SuccWeights[0];
924         }
925       } else {
926         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
927         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
928         // activated.
929         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
930         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
931         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
932           if (PredCases[i].Dest == BB) {
933             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
934
935             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
936               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
937               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
938               Weights.pop_back();
939             }
940
941             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
942             PredCases.pop_back();
943             --i; --e;
944           }
945
946         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
947         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
948         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
949           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
950             // If this is one we are capable of getting...
951             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
952               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
953             PredCases.push_back(BBCases[i]);
954             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
955             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
956           }
957
958         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
959         // they must go to the default destination of TI.
960         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
961                                     PTIHandled.begin(),
962                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
963           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
964             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
965           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
966           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
967         }
968       }
969
970       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
971       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
972       // successors.
973       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
974         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
975
976       Builder.SetInsertPoint(PTI);
977       // Convert pointer to int before we switch.
978       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
979         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL.getIntPtrType(CV->getType()),
980                                     "magicptr");
981       }
982
983       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
984       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
985                                                PredCases.size());
986       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
987       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
988         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
989
990       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
991         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
992         FitWeights(Weights);
993
994         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
995
996         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
997                            MDBuilder(BB->getContext()).
998                            createBranchWeights(MDWeights));
999       }
1000
1001       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1002
1003       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1004       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1005       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1006       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
1007       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1008         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1009           if (!InfLoopBlock) {
1010             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1011             // or it won't matter if it's hot. :)
1012             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1013                                               "infloop", BB->getParent());
1014             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1015           }
1016           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1017         }
1018
1019       Changed = true;
1020     }
1021   }
1022   return Changed;
1023 }
1024
1025 // If we would need to insert a select that uses the value of this invoke
1026 // (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we would need to do this), we
1027 // can't hoist the invoke, as there is nowhere to put the select in this case.
1028 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1029                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1030   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1031     PHINode *PN;
1032     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1033          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1034       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1035       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1036       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1037         return false;
1038       }
1039     }
1040   }
1041   return true;
1042 }
1043
1044 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
1045
1046 /// Given a conditional branch that goes to BB1 and BB2, hoist any common code
1047 /// in the two blocks up into the branch block. The caller of this function
1048 /// guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1049 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI,
1050                                   const TargetTransformInfo &TTI) {
1051   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1052   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1053   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1054   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1055   // identical order.
1056   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1057   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1058
1059   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1060   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1061
1062   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1063   // Skip debug info if it is not identical.
1064   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1065   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1066   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1067     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1068       I1 = BB1_Itr++;
1069     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1070       I2 = BB2_Itr++;
1071   }
1072   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1073       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1074     return false;
1075
1076   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1077
1078   bool Changed = false;
1079   do {
1080     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1081     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1082     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1083       goto HoistTerminator;
1084
1085     if (!TTI.isProfitableToHoist(I1) || !TTI.isProfitableToHoist(I2))
1086       return Changed;
1087
1088     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1089     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1090     // the now redundant second instruction.
1091     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1092     if (!I2->use_empty())
1093       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1094     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1095     unsigned KnownIDs[] = {
1096       LLVMContext::MD_tbaa,
1097       LLVMContext::MD_range,
1098       LLVMContext::MD_fpmath,
1099       LLVMContext::MD_invariant_load,
1100       LLVMContext::MD_nonnull
1101     };
1102     combineMetadata(I1, I2, KnownIDs);
1103     I2->eraseFromParent();
1104     Changed = true;
1105
1106     I1 = BB1_Itr++;
1107     I2 = BB2_Itr++;
1108     // Skip debug info if it is not identical.
1109     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1110     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1111     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1112       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1113         I1 = BB1_Itr++;
1114       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1115         I2 = BB2_Itr++;
1116     }
1117   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1118
1119   return true;
1120
1121 HoistTerminator:
1122   // It may not be possible to hoist an invoke.
1123   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1124     return Changed;
1125
1126   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1127     PHINode *PN;
1128     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1129          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1130       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1131       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1132       if (BB1V == BB2V)
1133         continue;
1134
1135       // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
1136       // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
1137       if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, PN) ||
1138           passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, PN))
1139        return Changed;
1140
1141       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V))
1142         return Changed;
1143       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V))
1144         return Changed;
1145     }
1146   }
1147
1148   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1149   Instruction *NT = I1->clone();
1150   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1151   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1152     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1153     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1154     NT->takeName(I1);
1155   }
1156
1157   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1158   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1159   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1160   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1161   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1162   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1163   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1164     PHINode *PN;
1165     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1166          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1167       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1168       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1169       if (BB1V == BB2V) continue;
1170
1171       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1172       // that determines the right value.
1173       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1174       if (!SI)
1175         SI = cast<SelectInst>
1176           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1177                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1178
1179       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1180       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1181         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1182           PN->setIncomingValue(i, SI);
1183     }
1184   }
1185
1186   // Update any PHI nodes in our new successors.
1187   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1188     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1189
1190   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1191   return true;
1192 }
1193
1194 /// Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1195 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1196 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1197 /// in the two predecessors to BBEnd.
1198 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1199   assert(BI1->isUnconditional());
1200   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1201   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1202
1203   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1204   // an unconditional branch.
1205   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1206   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1207   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1208     return false;
1209   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1210   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1211     return false;
1212   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1213   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1214   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1215     return false;
1216
1217   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1218   SmallDenseMap<std::pair<Value *, Value *>, PHINode *> JointValueMap;
1219   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
1220   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end(); I != E; ++I) {
1221     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1222       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1223       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1224       JointValueMap[std::make_pair(BB1V, BB2V)] = PN;
1225     } else {
1226       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1227       break;
1228     }
1229   }
1230   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1231     return false;
1232
1233   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1234   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1235   // instructions in an identical order.
1236   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1237                                              RE1 = BB1->getInstList().rend(),
1238                                              RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1239                                              RE2 = BB2->getInstList().rend();
1240   // Skip debug info.
1241   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1242   if (RI1 == RE1)
1243     return false;
1244   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1245   if (RI2 == RE2)
1246     return false;
1247   // Skip the unconditional branches.
1248   ++RI1;
1249   ++RI2;
1250
1251   bool Changed = false;
1252   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1253     // Skip debug info.
1254     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1255     if (RI1 == RE1)
1256       return Changed;
1257     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1258     if (RI2 == RE2)
1259       return Changed;
1260
1261     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1262     auto InstPair = std::make_pair(I1, I2);
1263     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1264     // perform the same operation.
1265     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1266     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1267         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1268         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1269         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1270         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1271         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1272         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1273         !JointValueMap.count(InstPair))
1274       return Changed;
1275
1276     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1277     // TODO: Add support of communativity.
1278     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1279     bool SwapOpnds = false;
1280     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1281         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1282         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1283         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1284          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1285       ICmp2->swapOperands();
1286       SwapOpnds = true;
1287     }
1288     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1289       if (SwapOpnds)
1290         ICmp2->swapOperands();
1291       return Changed;
1292     }
1293
1294     // The operands should be either the same or they need to be generated
1295     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1296     // a single pair of different operands.
1297     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
1298     unsigned Op1Idx = ~0U;
1299     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1300       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1301         continue;
1302       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or if
1303       // we need a PHI node to replace a constant.
1304       if (Op1Idx != ~0U ||
1305           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1306           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1307         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1308         if (SwapOpnds)
1309           ICmp2->swapOperands();
1310         return Changed;
1311       }
1312       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1313       Op1Idx = I;
1314       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1315     }
1316
1317     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n");
1318     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n");
1319
1320     // We insert the pair of different operands to JointValueMap and
1321     // remove (I1, I2) from JointValueMap.
1322     if (Op1Idx != ~0U) {
1323       auto &NewPN = JointValueMap[std::make_pair(DifferentOp1, DifferentOp2)];
1324       if (!NewPN) {
1325         NewPN =
1326             PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1327                             DifferentOp1->getName() + ".sink", BBEnd->begin());
1328         NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1329         NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1330         DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1331       }
1332       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1333       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1334     }
1335     PHINode *OldPN = JointValueMap[InstPair];
1336     JointValueMap.erase(InstPair);
1337
1338     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1339     // instruction in the basic block down.
1340     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1341     // Sink the instruction.
1342     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1343     if (!OldPN->use_empty())
1344       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1345     OldPN->eraseFromParent();
1346
1347     if (!I2->use_empty())
1348       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1349     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1350     // TODO: Use combineMetadata here to preserve what metadata we can
1351     // (analogous to the hoisting case above).
1352     I2->eraseFromParent();
1353
1354     if (UpdateRE1)
1355       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1356     if (UpdateRE2)
1357       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1358     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1359     NumSinkCommons++;
1360     Changed = true;
1361   }
1362   return Changed;
1363 }
1364
1365 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1366 /// conditional block.
1367 ///
1368 /// We are looking for code like the following:
1369 ///   BrBB:
1370 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1371 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1372 ///     ... // function).
1373 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1374 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1375 ///   ThenBB:
1376 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1377 ///     br label EndBB
1378 ///   EndBB:
1379 ///     ...
1380 ///   We are going to transform this into:
1381 ///   BrBB:
1382 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1383 ///     ... //
1384 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1385 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1386 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1387 ///     ...
1388 ///
1389 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1390 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1391 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1392                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1393   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1394   if (!StoreToHoist)
1395     return nullptr;
1396
1397   // Volatile or atomic.
1398   if (!StoreToHoist->isSimple())
1399     return nullptr;
1400
1401   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1402
1403   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1404   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1405   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1406        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1407     Instruction *CurI = &*RI;
1408
1409     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1410     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1411       return nullptr;
1412
1413     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1414     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1415     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1416       // Found the previous store, return its value operand.
1417       return SI->getValueOperand();
1418     else if (SI)
1419       return nullptr; // Unknown store.
1420   }
1421
1422   return nullptr;
1423 }
1424
1425 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1426 ///
1427 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1428 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1429 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1430 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1431 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1432 ///
1433 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1434 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1435 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1436 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1437 ///
1438 ///
1439 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1440 /// \code
1441 ///   BB:
1442 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1443 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1444 ///   ThenBB:
1445 ///     %sub = sub %x, %y
1446 ///     br label BB2
1447 ///   EndBB:
1448 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1449 ///     ...
1450 /// \endcode
1451 ///
1452 /// Into this IR:
1453 /// \code
1454 ///   BB:
1455 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1456 ///     %sub = sub %x, %y
1457 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1458 ///     ...
1459 /// \endcode
1460 ///
1461 /// \returns true if the conditional block is removed.
1462 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1463                                    const TargetTransformInfo &TTI) {
1464   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1465   Value *BrCond = BI->getCondition();
1466   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1467     return false;
1468
1469   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1470   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1471
1472   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1473   // to swap the select operands later.
1474   bool Invert = false;
1475   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1476     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1477     Invert = true;
1478   }
1479   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1480
1481   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1482   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1483   // - They are defined in BB, and
1484   // - They have no side effects, and
1485   // - All of their uses are in CondBB.
1486   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1487
1488   unsigned SpeculationCost = 0;
1489   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1490   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1491   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1492                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1493        BBI != BBE; ++BBI) {
1494     Instruction *I = BBI;
1495     // Skip debug info.
1496     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1497       continue;
1498
1499     // Only speculatively execute a single instruction (not counting the
1500     // terminator) for now.
1501     ++SpeculationCost;
1502     if (SpeculationCost > 1)
1503       return false;
1504
1505     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1506     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1507         !(HoistCondStores && (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(
1508                                   I, BB, ThenBB, EndBB))))
1509       return false;
1510     if (!SpeculatedStoreValue &&
1511         ComputeSpeculationCost(I, TTI) >
1512             PHINodeFoldingThreshold * TargetTransformInfo::TCC_Basic)
1513       return false;
1514
1515     // Store the store speculation candidate.
1516     if (SpeculatedStoreValue)
1517       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1518
1519     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1520     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1521     // being sunk into the use block.
1522     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1523          i != e; ++i) {
1524       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1525       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1526           OpI->mayHaveSideEffects())
1527         continue; // Not a candidate for sinking.
1528
1529       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1530     }
1531   }
1532
1533   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1534   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1535   // and so iteration order isn't significant.
1536   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1537            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1538        I != E; ++I)
1539     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1540       ++SpeculationCost;
1541       if (SpeculationCost > 1)
1542         return false;
1543     }
1544
1545   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1546   bool HaveRewritablePHIs = false;
1547   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1548        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1549     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1550     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1551
1552     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1553     // Skip PHIs which are trivial.
1554     if (ThenV == OrigV)
1555       continue;
1556
1557     // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
1558     if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, PN) ||
1559         passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, PN))
1560       return false;
1561
1562     HaveRewritablePHIs = true;
1563     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1564     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1565     if (!OrigCE && !ThenCE)
1566       continue; // Known safe and cheap.
1567
1568     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE)) ||
1569         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE)))
1570       return false;
1571     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, TTI) : 0;
1572     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, TTI) : 0;
1573     unsigned MaxCost = 2 * PHINodeFoldingThreshold *
1574       TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1575     if (OrigCost + ThenCost > MaxCost)
1576       return false;
1577
1578     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1579     // getting expanded into Instructions.
1580     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1581     // constant expression.
1582     ++SpeculationCost;
1583     if (SpeculationCost > 1)
1584       return false;
1585   }
1586
1587   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1588   // as well.
1589   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1590     return false;
1591
1592   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1593   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1594
1595   // Insert a select of the value of the speculated store.
1596   if (SpeculatedStoreValue) {
1597     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1598     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1599     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1600     if (Invert)
1601       std::swap(TrueV, FalseV);
1602     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1603                                     "." + FalseV->getName());
1604     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1605   }
1606
1607   // Hoist the instructions.
1608   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1609                            std::prev(ThenBB->end()));
1610
1611   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1612   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1613   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1614        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1615     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1616     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1617     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1618     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1619
1620     // Skip PHIs which are trivial.
1621     if (OrigV == ThenV)
1622       continue;
1623
1624     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1625     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1626     // destinations were inverted.
1627     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1628     if (Invert)
1629       std::swap(TrueV, FalseV);
1630     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1631                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1632     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1633     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1634   }
1635
1636   ++NumSpeculations;
1637   return true;
1638 }
1639
1640 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1641 /// attribute.
1642 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1643   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1644     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1645     if (!CI)
1646       continue;
1647     if (CI->cannotDuplicate())
1648       return true;
1649   }
1650   return false;
1651 }
1652
1653 /// Return true if we can thread a branch across this block.
1654 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1655   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1656   unsigned Size = 0;
1657
1658   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1659     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1660       continue;
1661     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1662     ++Size;
1663
1664     // We can only support instructions that do not define values that are
1665     // live outside of the current basic block.
1666     for (User *U : BBI->users()) {
1667       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1668       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1669     }
1670
1671     // Looks ok, continue checking.
1672   }
1673
1674   return true;
1675 }
1676
1677 /// If we have a conditional branch on a PHI node value that is defined in the
1678 /// same block as the branch and if any PHI entries are constants, thread edges
1679 /// corresponding to that entry to be branches to their ultimate destination.
1680 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout &DL) {
1681   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1682   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1683   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1684   // outside of the block.
1685   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1686     return false;
1687
1688   // Degenerate case of a single entry PHI.
1689   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1690     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1691     return true;
1692   }
1693
1694   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1695   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1696
1697   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1698
1699   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1700   // constants.
1701   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1702     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1703     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1704
1705     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1706     // branch to RealDest.
1707     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1708     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1709
1710     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1711     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1712     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1713
1714     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1715     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1716     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1717     // the edge we are about to create.
1718     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1719                                             RealDest->getName()+".critedge",
1720                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1721     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1722
1723     // Update PHI nodes.
1724     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1725
1726     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1727     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1728     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1729     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1730     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1731     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1732       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1733         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1734         continue;
1735       }
1736       // Clone the instruction.
1737       Instruction *N = BBI->clone();
1738       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1739
1740       // Update operands due to translation.
1741       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1742            i != e; ++i) {
1743         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1744         if (PI != TranslateMap.end())
1745           *i = PI->second;
1746       }
1747
1748       // Check for trivial simplification.
1749       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1750         TranslateMap[BBI] = V;
1751         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1752       } else {
1753         // Insert the new instruction into its new home.
1754         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1755         if (!BBI->use_empty())
1756           TranslateMap[BBI] = N;
1757       }
1758     }
1759
1760     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1761     // to EdgeBB instead.
1762     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1763     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1764       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1765         BB->removePredecessor(PredBB);
1766         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1767       }
1768
1769     // Recurse, simplifying any other constants.
1770     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1771   }
1772
1773   return false;
1774 }
1775
1776 /// Given a BB that starts with the specified two-entry PHI node,
1777 /// see if we can eliminate it.
1778 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const TargetTransformInfo &TTI,
1779                                 const DataLayout &DL) {
1780   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1781   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1782   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1783   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1784   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1785   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1786   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1787   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1788   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1789   if (!IfCond ||
1790       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1791       isa<ConstantInt>(IfCond))
1792     return false;
1793
1794   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1795   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1796   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1797   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1798   // fewer PHI nodes in this block.
1799   unsigned NumPhis = 0;
1800   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1801     if (NumPhis > 2)
1802       return false;
1803
1804   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1805   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1806   // that need to be moved to the dominating block.
1807   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1808   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1809            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1810   MaxCostVal0 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1811   MaxCostVal1 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1812
1813   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1814     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1815     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1816       PN->replaceAllUsesWith(V);
1817       PN->eraseFromParent();
1818       continue;
1819     }
1820
1821     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1822                              MaxCostVal0, TTI) ||
1823         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1824                              MaxCostVal1, TTI))
1825       return false;
1826   }
1827
1828   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1829   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1830   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1831   if (!PN) return true;
1832
1833   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1834   // often be turned into switches and other things.
1835   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1836       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1837        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1838        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1839     return false;
1840
1841   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1842   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1843   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1844   // worth promoting to select instructions.
1845   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
1846   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1847   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1848   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1849     IfBlock1 = nullptr;
1850   } else {
1851     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1852     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1853       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1854         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1855         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1856         // flow, so the xform is not worth it.
1857         return false;
1858       }
1859   }
1860
1861   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1862     IfBlock2 = nullptr;
1863   } else {
1864     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1865     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1866       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1867         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1868         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1869         // flow, so the xform is not worth it.
1870         return false;
1871       }
1872   }
1873
1874   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1875                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1876
1877   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1878   // do all of the PHI's now.
1879   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1880   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1881
1882   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1883   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1884   if (IfBlock1)
1885     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1886                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1887                                    IfBlock1->getTerminator());
1888   if (IfBlock2)
1889     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1890                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1891                                    IfBlock2->getTerminator());
1892
1893   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1894     // Change the PHI node into a select instruction.
1895     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1896     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1897
1898     SelectInst *NV =
1899       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1900     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1901     NV->takeName(PN);
1902     PN->eraseFromParent();
1903   }
1904
1905   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1906   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1907   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1908   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1909   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1910   Builder.CreateBr(BB);
1911   OldTI->eraseFromParent();
1912   return true;
1913 }
1914
1915 /// If we found a conditional branch that goes to two returning blocks,
1916 /// try to merge them together into one return,
1917 /// introducing a select if the return values disagree.
1918 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1919                                            IRBuilder<> &Builder) {
1920   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1921   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1922   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1923   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1924   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1925
1926   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1927   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1928   // computation on one path or the other.
1929   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1930     return false;
1931   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1932     return false;
1933
1934   Builder.SetInsertPoint(BI);
1935   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1936   // there is no return value for this function, just change the
1937   // branch into a return.
1938   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1939     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1940     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1941     Builder.CreateRetVoid();
1942     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1943     return true;
1944   }
1945
1946   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1947   // so we can insert a new select instruction.
1948   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1949   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1950
1951   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1952   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1953     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1954       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1955   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1956     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1957       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1958
1959   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1960   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1961   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1962   // constant expression that prevents this transformation from being
1963   // safe.
1964   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1965     if (TCV->canTrap())
1966       return false;
1967   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1968     if (FCV->canTrap())
1969       return false;
1970
1971   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1972   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1973   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1974   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1975
1976   // Insert select instructions where needed.
1977   Value *BrCond = BI->getCondition();
1978   if (TrueValue) {
1979     // Insert a select if the results differ.
1980     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1981     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1982       TrueValue = FalseValue;
1983     } else {
1984       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1985                                        FalseValue, "retval");
1986     }
1987   }
1988
1989   Value *RI = !TrueValue ?
1990     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1991
1992   (void) RI;
1993
1994   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1995                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1996                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1997
1998   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1999
2000   return true;
2001 }
2002
2003 /// Given a conditional BranchInstruction, retrieve the probabilities of the
2004 /// branch taking each edge. Fills in the two APInt parameters and returns true,
2005 /// or returns false if no or invalid metadata was found.
2006 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
2007                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
2008   assert(BI->isConditional() &&
2009          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
2010   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
2011   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
2012   ConstantInt *CITrue =
2013       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
2014   ConstantInt *CIFalse =
2015       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
2016   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
2017   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
2018   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
2019   return true;
2020 }
2021
2022 /// Return true if the given instruction is available
2023 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
2024 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
2025   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
2026     return false;
2027   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
2028     Instruction *PBI = &*I;
2029     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
2030     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
2031       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
2032       Inst->eraseFromParent();
2033       return true;
2034     }
2035   }
2036   return false;
2037 }
2038
2039 /// If this basic block is simple enough, and if a predecessor branches to us
2040 /// and one of our successors, fold the block into the predecessor and use
2041 /// logical operations to pick the right destination.
2042 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, unsigned BonusInstThreshold) {
2043   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2044
2045   Instruction *Cond = nullptr;
2046   if (BI->isConditional())
2047     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2048   else {
2049     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2050     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2051     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2052     // predecessor.
2053     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2054       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2055         if (PBI->isConditional() &&
2056             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2057              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2058           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2059                I != E; ) {
2060             Instruction *Curr = I++;
2061             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2062               Cond = Curr;
2063               break;
2064             }
2065             // Quit if we can't remove this instruction.
2066             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2067               return false;
2068           }
2069         }
2070
2071     if (!Cond)
2072       return false;
2073   }
2074
2075   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2076       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2077   return false;
2078
2079   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2080   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2081
2082   // Ignore dbg intrinsics.
2083   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2084
2085   if (&*CondIt != BI)
2086     return false;
2087
2088   // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
2089   // too many instructions and these involved instructions can be executed
2090   // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
2091   // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
2092   // number of the bonus instructions does not exceed a certain threshold.
2093   unsigned NumBonusInsts = 0;
2094   for (auto I = BB->begin(); Cond != I; ++I) {
2095     // Ignore dbg intrinsics.
2096     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2097       continue;
2098     if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(I))
2099       return false;
2100     // I has only one use and can be executed unconditionally.
2101     Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
2102     if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
2103       return false;
2104     // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
2105     // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
2106     // and Cond.
2107     ++NumBonusInsts;
2108     // Early exits once we reach the limit.
2109     if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
2110       return false;
2111   }
2112
2113   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2114   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2115   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2116     if (CE->canTrap())
2117       return false;
2118   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2119     if (CE->canTrap())
2120       return false;
2121
2122   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2123   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2124   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2125   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2126     return false;
2127
2128   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2129     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2130     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2131
2132     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2133     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2134     // blocks.
2135     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2136     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2137         (BI->isConditional() &&
2138          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2139         (!BI->isConditional() &&
2140          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2141       continue;
2142
2143     // Determine if the two branches share a common destination.
2144     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2145     bool InvertPredCond = false;
2146
2147     if (BI->isConditional()) {
2148       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2149         Opc = Instruction::Or;
2150       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2151         Opc = Instruction::And;
2152       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2153         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2154       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2155         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2156       else
2157         continue;
2158     } else {
2159       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2160         continue;
2161     }
2162
2163     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2164     IRBuilder<> Builder(PBI);
2165
2166     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2167     if (InvertPredCond) {
2168       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2169
2170       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2171         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2172         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2173       } else {
2174         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2175                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2176       }
2177
2178       PBI->setCondition(NewCond);
2179       PBI->swapSuccessors();
2180     }
2181
2182     // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
2183     // Note that there may be multiple predecessor blocks, so we cannot move
2184     // bonus instructions to a predecessor block.
2185     ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
2186     // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
2187     // all instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
2188     // instructions.
2189     for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != BonusInst; ++BonusInst) {
2190       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
2191         continue;
2192       Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
2193       RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
2194                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2195       VMap[BonusInst] = NewBonusInst;
2196
2197       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2198       // its potential value. The previous information might have been valid
2199       // only given the branch precondition.
2200       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2201       // semantics we don't understand.
2202       NewBonusInst->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
2203
2204       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonusInst);
2205       NewBonusInst->takeName(BonusInst);
2206       BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
2207     }
2208
2209     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2210     // two conditions together.
2211     Instruction *New = Cond->clone();
2212     RemapInstruction(New, VMap,
2213                      RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2214     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2215     New->takeName(Cond);
2216     Cond->setName(New->getName() + ".old");
2217
2218     if (BI->isConditional()) {
2219       Instruction *NewCond =
2220         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2221                                             New, "or.cond"));
2222       PBI->setCondition(NewCond);
2223
2224       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2225       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2226                                                   PredFalseWeight);
2227       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2228                                                   SuccFalseWeight);
2229       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2230
2231       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2232         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2233           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2234           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2235           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2236           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2237           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2238           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2239           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2240           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2241           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2242                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2243         }
2244         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2245         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2246       }
2247       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2248         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2249           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2250           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2251           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2252           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2253           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2254               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2255           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2256           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2257         }
2258         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2259         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2260       }
2261       if (NewWeights.size() == 2) {
2262         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2263         FitWeights(NewWeights);
2264
2265         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2266         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2267                          MDBuilder(BI->getContext()).
2268                          createBranchWeights(MDWeights));
2269       } else
2270         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2271     } else {
2272       // Update PHI nodes in the common successors.
2273       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2274         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2275           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2276         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2277         Instruction *MergedCond = nullptr;
2278         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2279           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2280           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2281           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2282           Instruction *NotCond =
2283             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2284                                 "not.cond"));
2285           MergedCond =
2286             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2287                                 NotCond, New,
2288                                 "and.cond"));
2289           if (PBI_C->isOne())
2290             MergedCond =
2291               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2292                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2293                                   "or.cond"));
2294         } else {
2295           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2296           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2297           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2298           MergedCond =
2299             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2300                                 PBI->getCondition(), New,
2301                                 "and.cond"));
2302           if (PBI_C->isOne()) {
2303             Instruction *NotCond =
2304               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2305                                   "not.cond"));
2306             MergedCond =
2307               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2308                                   NotCond, MergedCond,
2309                                   "or.cond"));
2310           }
2311         }
2312         // Update PHI Node.
2313         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2314                                   MergedCond);
2315       }
2316       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2317       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2318       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2319       PBI = New_PBI;
2320     }
2321
2322     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2323     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2324
2325     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2326     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2327       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2328         I->clone()->insertBefore(PBI);
2329
2330     return true;
2331   }
2332   return false;
2333 }
2334
2335 /// If we have a conditional branch as a predecessor of another block,
2336 /// this function tries to simplify it.  We know
2337 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2338 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2339 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2340   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2341   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2342
2343   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2344   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2345   // this conditional branch redundant.
2346   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2347       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2348     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2349     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2350     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2351       // Turn this into a branch on constant.
2352       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2353       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2354                                         CondIsTrue));
2355       return true;  // Nuke the branch on constant.
2356     }
2357
2358     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2359     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2360     // simplifycfg will thread the block.
2361     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2362       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2363       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2364                                        std::distance(PB, PE),
2365                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2366                                        BB->begin());
2367       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2368       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2369       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2370       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2371         BasicBlock *P = *PI;
2372         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2373             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2374             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2375             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2376           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2377           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2378                                               CondIsTrue), P);
2379         } else {
2380           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2381         }
2382       }
2383
2384       BI->setCondition(NewPN);
2385       return true;
2386     }
2387   }
2388
2389   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2390   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
2391   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2392   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2393   // Ignore dbg intrinsics.
2394   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2395     ++BBI;
2396   if (&*BBI != BI)
2397     return false;
2398
2399
2400   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2401     if (CE->canTrap())
2402       return false;
2403
2404   int PBIOp, BIOp;
2405   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2406     PBIOp = BIOp = 0;
2407   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2408     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2409   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2410     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2411   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2412     PBIOp = BIOp = 1;
2413   else
2414     return false;
2415
2416   // Check to make sure that the other destination of this branch
2417   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2418   // keep getting unwound.
2419   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2420     return false;
2421
2422   // Do not perform this transformation if it would require
2423   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2424   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2425
2426   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
2427   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
2428   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
2429
2430   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2431   unsigned NumPhis = 0;
2432   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2433        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis) {
2434     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2435       return false;
2436
2437     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
2438     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2439     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
2440       if (CE->canTrap())
2441         return false;
2442
2443     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2444     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2445     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
2446       if (CE->canTrap())
2447         return false;
2448   }
2449
2450   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2451   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2452
2453   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2454                << "AND: " << *BI->getParent());
2455
2456
2457   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2458   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2459   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2460   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2461   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2462   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2463   // infinite loop with no cond branch.
2464   if (OtherDest == BB) {
2465     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2466     // or it won't matter if it's hot. :)
2467     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2468                                                   "infloop", BB->getParent());
2469     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2470     OtherDest = InfLoopBlock;
2471   }
2472
2473   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2474
2475   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2476   // it alone, but modify PBI.
2477
2478   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2479   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2480   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2481   if (PBIOp)
2482     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2483
2484   Value *BICond = BI->getCondition();
2485   if (BIOp)
2486     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2487
2488   // Merge the conditions.
2489   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2490
2491   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2492   PBI->setCondition(Cond);
2493   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2494   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2495
2496   // Update branch weight for PBI.
2497   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2498   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2499                                               PredFalseWeight);
2500   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2501                                               SuccFalseWeight);
2502   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2503     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2504     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2505     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2506     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2507     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2508     //                                    PredOther * SuccCommon.
2509     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2510     uint64_t NewWeights[2] = {PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2511                                   PredOther * SuccCommon,
2512                               PredOther * SuccOther};
2513     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2514     FitWeights(NewWeights);
2515
2516     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2517                      MDBuilder(BI->getContext())
2518                          .createBranchWeights(NewWeights[0], NewWeights[1]));
2519   }
2520
2521   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2522   // block that are identical to the entries for BI's block.
2523   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2524
2525   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2526   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2527   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2528   // them agree.
2529   PHINode *PN;
2530   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2531        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2532     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2533     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2534     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2535     if (BIV != PBIV) {
2536       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2537       Value *NV = cast<SelectInst>
2538         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2539       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2540     }
2541   }
2542
2543   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2544   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2545
2546   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2547   // one fewer predecessor.
2548   return true;
2549 }
2550
2551 // Simplifies a terminator by replacing it with a branch to TrueBB if Cond is
2552 // true or to FalseBB if Cond is false.
2553 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2554 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2555 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2556 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2557                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2558                                        uint32_t TrueWeight,
2559                                        uint32_t FalseWeight){
2560   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2561   // First, figure out which successors to preserve.
2562   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2563   // successor.
2564   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2565   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
2566
2567   // Then remove the rest.
2568   for (BasicBlock *Succ : OldTerm->successors()) {
2569     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2570     if (Succ == KeepEdge1)
2571       KeepEdge1 = nullptr;
2572     else if (Succ == KeepEdge2)
2573       KeepEdge2 = nullptr;
2574     else
2575       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2576   }
2577
2578   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2579   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2580
2581   // Insert an appropriate new terminator.
2582   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
2583     if (TrueBB == FalseBB)
2584       // We were only looking for one successor, and it was present.
2585       // Create an unconditional branch to it.
2586       Builder.CreateBr(TrueBB);
2587     else {
2588       // We found both of the successors we were looking for.
2589       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2590       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2591       if (TrueWeight != FalseWeight)
2592         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2593                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2594                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2595     }
2596   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2597     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2598     // terminator must be unreachable.
2599     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2600   } else {
2601     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2602     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2603     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2604     if (!KeepEdge1)
2605       // Only TrueBB was found.
2606       Builder.CreateBr(TrueBB);
2607     else
2608       // Only FalseBB was found.
2609       Builder.CreateBr(FalseBB);
2610   }
2611
2612   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2613   return true;
2614 }
2615
2616 // Replaces
2617 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2618 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2619 // unconditional otherwise.
2620 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2621   // Check for constant integer values in the select.
2622   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2623   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2624   if (!TrueVal || !FalseVal)
2625     return false;
2626
2627   // Find the relevant condition and destinations.
2628   Value *Condition = Select->getCondition();
2629   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2630   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2631
2632   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2633   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2634   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2635   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2636   if (HasWeights) {
2637     GetBranchWeights(SI, Weights);
2638     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2639       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2640                                      getSuccessorIndex()];
2641       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2642                                       getSuccessorIndex()];
2643     }
2644   }
2645
2646   // Perform the actual simplification.
2647   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2648                                     TrueWeight, FalseWeight);
2649 }
2650
2651 // Replaces
2652 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2653 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2654 // with
2655 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2656 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2657   // Check that both operands of the select are block addresses.
2658   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2659   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2660   if (!TBA || !FBA)
2661     return false;
2662
2663   // Extract the actual blocks.
2664   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2665   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2666
2667   // Perform the actual simplification.
2668   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2669                                     0, 0);
2670 }
2671
2672 /// This is called when we find an icmp instruction
2673 /// (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2674 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2675 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2676 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2677 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2678 /// like:
2679 ///
2680 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2681 /// DEFAULT:
2682 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2683 ///   br label %end
2684 /// end:
2685 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2686 ///
2687 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2688 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2689 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2690     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const DataLayout &DL,
2691     const TargetTransformInfo &TTI, unsigned BonusInstThreshold,
2692     AssumptionCache *AC) {
2693   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2694
2695   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2696   // complex.
2697   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2698
2699   Value *V = ICI->getOperand(0);
2700   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2701
2702   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2703   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2704   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2705   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2706   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2707
2708   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2709   if (SI->getCondition() != V)
2710     return false;
2711
2712   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2713   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2714   // away.
2715   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2716     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2717     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2718     ICI->setOperand(0, VVal);
2719
2720     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
2721       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2722       ICI->eraseFromParent();
2723     }
2724     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2725     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
2726   }
2727
2728   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2729   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2730   // and zap it.
2731   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2732     Value *V;
2733     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2734       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2735     else
2736       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2737
2738     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2739     ICI->eraseFromParent();
2740     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2741     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
2742   }
2743
2744   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2745   // the block.
2746   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2747   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
2748   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2749       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2750     return false;
2751
2752   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2753   // true in the PHI.
2754   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2755   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2756
2757   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2758     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2759
2760   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2761   // false depending on if it is EQ or NE.
2762   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2763   ICI->eraseFromParent();
2764
2765   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2766   // the switch to the merge point on the compared value.
2767   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2768                                          BB->getParent(), BB);
2769   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2770   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2771   if (HasWeights) {
2772     GetBranchWeights(SI, Weights);
2773     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2774       // Split weight for default case to case for "Cst".
2775       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2776       Weights.push_back(Weights[0]);
2777
2778       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2779       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2780                       MDBuilder(SI->getContext()).
2781                       createBranchWeights(MDWeights));
2782     }
2783   }
2784   SI->addCase(Cst, NewBB);
2785
2786   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2787   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2788   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2789   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2790   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2791   return true;
2792 }
2793
2794 /// The specified branch is a conditional branch.
2795 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2796 /// fold it into a switch instruction if so.
2797 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder,
2798                                       const DataLayout &DL) {
2799   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2800   if (!Cond) return false;
2801
2802   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2803   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2804   // 'setne's and'ed together, collect them.
2805
2806   // Try to gather values from a chain of and/or to be turned into a switch
2807   ConstantComparesGatherer ConstantCompare(Cond, DL);
2808   // Unpack the result
2809   SmallVectorImpl<ConstantInt*> &Values = ConstantCompare.Vals;
2810   Value *CompVal = ConstantCompare.CompValue;
2811   unsigned UsedICmps = ConstantCompare.UsedICmps;
2812   Value *ExtraCase = ConstantCompare.Extra;
2813
2814   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2815   if (!CompVal) return false;
2816
2817   // Avoid turning single icmps into a switch.
2818   if (UsedICmps <= 1)
2819     return false;
2820
2821   bool TrueWhenEqual = (Cond->getOpcode() == Instruction::Or);
2822
2823   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2824   // instruction can't handle, remove them now.
2825   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2826   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2827
2828   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2829   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2830   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2831
2832   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2833   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2834
2835   // Figure out which block is which destination.
2836   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2837   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2838   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2839
2840   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2841
2842   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2843                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2844
2845   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2846   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2847   // right before the condbr to handle it.
2848   if (ExtraCase) {
2849     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2850     // Remove the uncond branch added to the old block.
2851     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2852     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2853
2854     if (TrueWhenEqual)
2855       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2856     else
2857       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2858
2859     OldTI->eraseFromParent();
2860
2861     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2862     // for the edge we just added.
2863     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2864
2865     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2866           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2867     BB = NewBB;
2868   }
2869
2870   Builder.SetInsertPoint(BI);
2871   // Convert pointer to int before we switch.
2872   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2873     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(
2874         CompVal, DL.getIntPtrType(CompVal->getType()), "magicptr");
2875   }
2876
2877   // Create the new switch instruction now.
2878   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2879
2880   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2881   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2882     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2883
2884   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2885   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2886   // the number of edges added.
2887   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2888        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2889     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2890     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2891     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2892       PN->addIncoming(InVal, BB);
2893   }
2894
2895   // Erase the old branch instruction.
2896   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2897
2898   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2899   return true;
2900 }
2901
2902 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2903   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2904   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2905   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2906   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2907   if (RI->getValue() != LPInst)
2908     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2909     // caused control to branch here.
2910     return false;
2911
2912   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2913   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2914   while (++I != E)
2915     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2916       return false;
2917
2918   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2919   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2920     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2921     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2922     // Insert a call instruction before the invoke.
2923     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2924     Call->takeName(II);
2925     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2926     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2927     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2928
2929     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2930     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2931     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2932     // updated.
2933     II->replaceAllUsesWith(Call);
2934     BB->removePredecessor(II->getParent());
2935
2936     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2937     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2938
2939     // Finally, delete the invoke instruction!
2940     II->eraseFromParent();
2941   }
2942
2943   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2944   BB->eraseFromParent();
2945   return true;
2946 }
2947
2948 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2949   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2950   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2951
2952   // Find predecessors that end with branches.
2953   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2954   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2955   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2956     BasicBlock *P = *PI;
2957     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2958     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2959       if (BI->isUnconditional())
2960         UncondBranchPreds.push_back(P);
2961       else
2962         CondBranchPreds.push_back(BI);
2963     }
2964   }
2965
2966   // If we found some, do the transformation!
2967   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2968     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2969       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2970       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2971             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2972       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2973     }
2974
2975     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2976     if (pred_empty(BB))
2977       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2978       BB->eraseFromParent();
2979
2980     return true;
2981   }
2982
2983   // Check out all of the conditional branches going to this return
2984   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2985   // branch itself into a select/return pair.
2986   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2987     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2988
2989     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2990     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2991         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2992         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2993       return true;
2994   }
2995   return false;
2996 }
2997
2998 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2999   BasicBlock *BB = UI->getParent();
3000
3001   bool Changed = false;
3002
3003   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
3004   // be removed, do so.
3005   while (UI != BB->begin()) {
3006     BasicBlock::iterator BBI = UI;
3007     --BBI;
3008     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
3009     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
3010     // operations may have this effect.
3011     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
3012
3013     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3014       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3015         if (SI->isVolatile())
3016           break;
3017       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3018         if (LI->isVolatile())
3019           break;
3020       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3021         if (RMWI->isVolatile())
3022           break;
3023       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3024         if (CXI->isVolatile())
3025           break;
3026       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3027                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3028         break;
3029       }
3030       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3031       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3032       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3033       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3034     }
3035
3036     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3037     if (!BBI->use_empty())
3038       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3039     BBI->eraseFromParent();
3040     Changed = true;
3041   }
3042
3043   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3044   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3045   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3046
3047   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3048   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3049     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3050     IRBuilder<> Builder(TI);
3051     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3052       if (BI->isUnconditional()) {
3053         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3054           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3055           TI->eraseFromParent();
3056           Changed = true;
3057         }
3058       } else {
3059         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3060           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3061           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3062         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3063           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3064           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3065           Changed = true;
3066         }
3067       }
3068     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3069       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3070            i != e; ++i)
3071         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3072           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3073           SI->removeCase(i);
3074           --i; --e;
3075           Changed = true;
3076         }
3077     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3078       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3079         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3080         // place to note that the call does not throw though.
3081         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3082         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3083
3084         // Insert the call now...
3085         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3086         Builder.SetInsertPoint(BI);
3087         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3088                                           Args, II->getName());
3089         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3090         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3091         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3092         II->replaceAllUsesWith(CI);
3093         delete II;
3094         Changed = true;
3095       }
3096     }
3097   }
3098
3099   // If this block is now dead, remove it.
3100   if (pred_empty(BB) &&
3101       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3102     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3103     BB->eraseFromParent();
3104     return true;
3105   }
3106
3107   return Changed;
3108 }
3109
3110 static bool CasesAreContiguous(SmallVectorImpl<ConstantInt *> &Cases) {
3111   assert(Cases.size() >= 1);
3112
3113   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3114   for (size_t I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3115     if (Cases[I - 1]->getValue() != Cases[I]->getValue() + 1)
3116       return false;
3117   }
3118   return true;
3119 }
3120
3121 /// Turn a switch with two reachable destinations into an integer range
3122 /// comparison and branch.
3123 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3124   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3125
3126   bool HasDefault =
3127       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
3128
3129   // Partition the cases into two sets with different destinations.
3130   BasicBlock *DestA = HasDefault ? SI->getDefaultDest() : nullptr;
3131   BasicBlock *DestB = nullptr;
3132   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesA;
3133   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesB;
3134
3135   for (SwitchInst::CaseIt I : SI->cases()) {
3136     BasicBlock *Dest = I.getCaseSuccessor();
3137     if (!DestA) DestA = Dest;
3138     if (Dest == DestA) {
3139       CasesA.push_back(I.getCaseValue());
3140       continue;
3141     }
3142     if (!DestB) DestB = Dest;
3143     if (Dest == DestB) {
3144       CasesB.push_back(I.getCaseValue());
3145       continue;
3146     }
3147     return false;  // More than two destinations.
3148   }
3149
3150   assert(DestA && DestB && "Single-destination switch should have been folded.");
3151   assert(DestA != DestB);
3152   assert(DestB != SI->getDefaultDest());
3153   assert(!CasesB.empty() && "There must be non-default cases.");
3154   assert(!CasesA.empty() || HasDefault);
3155
3156   // Figure out if one of the sets of cases form a contiguous range.
3157   SmallVectorImpl<ConstantInt *> *ContiguousCases = nullptr;
3158   BasicBlock *ContiguousDest = nullptr;
3159   BasicBlock *OtherDest = nullptr;
3160   if (!CasesA.empty() && CasesAreContiguous(CasesA)) {
3161     ContiguousCases = &CasesA;
3162     ContiguousDest = DestA;
3163     OtherDest = DestB;
3164   } else if (CasesAreContiguous(CasesB)) {
3165     ContiguousCases = &CasesB;
3166     ContiguousDest = DestB;
3167     OtherDest = DestA;
3168   } else
3169     return false;
3170
3171   // Start building the compare and branch.
3172
3173   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(ContiguousCases->back());
3174   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), ContiguousCases->size());
3175
3176   Value *Sub = SI->getCondition();
3177   if (!Offset->isNullValue())
3178     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName() + ".off");
3179
3180   Value *Cmp;
3181   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3182   if (NumCases->isNullValue() && !ContiguousCases->empty())
3183     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3184   else
3185     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3186   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cmp, ContiguousDest, OtherDest);
3187
3188   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3189   if (HasBranchWeights(SI)) {
3190     SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3191     GetBranchWeights(SI, Weights);
3192     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3193       uint64_t TrueWeight = 0;
3194       uint64_t FalseWeight = 0;
3195       for (size_t I = 0, E = Weights.size(); I != E; ++I) {
3196         if (SI->getSuccessor(I) == ContiguousDest)
3197           TrueWeight += Weights[I];
3198         else
3199           FalseWeight += Weights[I];
3200       }
3201       while (TrueWeight > UINT32_MAX || FalseWeight > UINT32_MAX) {
3202         TrueWeight /= 2;
3203         FalseWeight /= 2;
3204       }
3205       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3206                          MDBuilder(SI->getContext()).createBranchWeights(
3207                              (uint32_t)TrueWeight, (uint32_t)FalseWeight));
3208     }
3209   }
3210
3211   // Prune obsolete incoming values off the successors' PHI nodes.
3212   for (auto BBI = ContiguousDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3213     unsigned PreviousEdges = ContiguousCases->size();
3214     if (ContiguousDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3215     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3216       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3217   }
3218   for (auto BBI = OtherDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3219     unsigned PreviousEdges = SI->getNumCases() - ContiguousCases->size();
3220     if (OtherDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3221     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3222       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3223   }
3224
3225   // Drop the switch.
3226   SI->eraseFromParent();
3227
3228   return true;
3229 }
3230
3231 /// Compute masked bits for the condition of a switch
3232 /// and use it to remove dead cases.
3233 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, AssumptionCache *AC,
3234                                      const DataLayout &DL) {
3235   Value *Cond = SI->getCondition();
3236   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3237   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3238   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AC, SI);
3239
3240   // Gather dead cases.
3241   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3242   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3243     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3244         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3245       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3246       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3247                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3248     }
3249   }
3250
3251   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3252   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3253   if (HasWeight) {
3254     GetBranchWeights(SI, Weights);
3255     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3256   }
3257
3258   // Remove dead cases from the switch.
3259   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3260     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3261     assert(Case != SI->case_default() &&
3262            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3263     if (HasWeight) {
3264       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3265       Weights.pop_back();
3266     }
3267
3268     // Prune unused values from PHI nodes.
3269     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3270     SI->removeCase(Case);
3271   }
3272   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3273     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3274     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3275                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3276                     createBranchWeights(MDWeights));
3277   }
3278
3279   return !DeadCases.empty();
3280 }
3281
3282 /// If BB would be eligible for simplification by
3283 /// TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3284 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3285 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3286 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3287 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3288                                               BasicBlock *BB,
3289                                               int *PhiIndex) {
3290   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3291     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3292   if (!BB->getSinglePredecessor())
3293     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
3294
3295   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3296   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3297     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
3298
3299   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3300
3301   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3302   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3303     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3304     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3305
3306     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3307     if (InValue != CaseValue) continue;
3308
3309     *PhiIndex = Idx;
3310     return PHI;
3311   }
3312
3313   return nullptr;
3314 }
3315
3316 /// Try to forward the condition of a switch instruction to a phi node
3317 /// dominated by the switch, if that would mean that some of the destination
3318 /// blocks of the switch can be folded away.
3319 /// Returns true if a change is made.
3320 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3321   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3322   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3323
3324   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3325     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3326     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3327
3328     int PhiIndex;
3329     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3330                                                  &PhiIndex);
3331     if (!PHI) continue;
3332
3333     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3334   }
3335
3336   bool Changed = false;
3337
3338   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3339        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3340     PHINode *Phi = I->first;
3341     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3342
3343     if (Indexes.size() < 2) continue;
3344
3345     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3346       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3347     Changed = true;
3348   }
3349
3350   return Changed;
3351 }
3352
3353 /// Return true if the backend will be able to handle
3354 /// initializing an array of constants like C.
3355 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3356   if (C->isThreadDependent())
3357     return false;
3358   if (C->isDLLImportDependent())
3359     return false;
3360
3361   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3362     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3363
3364   return isa<ConstantFP>(C) ||
3365       isa<ConstantInt>(C) ||
3366       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3367       isa<GlobalValue>(C) ||
3368       isa<UndefValue>(C);
3369 }
3370
3371 /// If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3372 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3373 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3374                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3375   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3376     return C;
3377   return ConstantPool.lookup(V);
3378 }
3379
3380 /// Try to fold instruction I into a constant. This works for
3381 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3382 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3383 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3384 static Constant *
3385 ConstantFold(Instruction *I, const DataLayout &DL,
3386              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool) {
3387   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3388     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3389     if (!A)
3390       return nullptr;
3391     if (A->isAllOnesValue())
3392       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3393     if (A->isNullValue())
3394       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3395     return nullptr;
3396   }
3397
3398   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3399   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3400     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3401       COps.push_back(A);
3402     else
3403       return nullptr;
3404   }
3405
3406   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3407     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3408                                            COps[1], DL);
3409   }
3410
3411   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3412 }
3413
3414 /// Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3415 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3416 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3417 /// case), of a switch instruction SI.
3418 static bool
3419 GetCaseResults(SwitchInst *SI, ConstantInt *CaseVal, BasicBlock *CaseDest,
3420                BasicBlock **CommonDest,
3421                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *>> &Res,
3422                const DataLayout &DL) {
3423   // The block from which we enter the common destination.
3424   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3425
3426   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3427   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3428   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3429   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3430   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3431        ++I) {
3432     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3433       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3434       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3435         return false;
3436       Pred = CaseDest;
3437       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3438     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3439       // Skip debug intrinsic.
3440       continue;
3441     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, DL, ConstantPool)) {
3442       // Instruction is side-effect free and constant.
3443
3444       // If the instruction has uses outside this block or a phi node slot for
3445       // the block, it is not safe to bypass the instruction since it would then
3446       // no longer dominate all its uses.
3447       for (auto &Use : I->uses()) {
3448         User *User = Use.getUser();
3449         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(User))
3450           if (I->getParent() == CaseDest)
3451             continue;
3452         if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(User))
3453           if (Phi->getIncomingBlock(Use) == CaseDest)
3454             continue;
3455         return false;
3456       }
3457
3458       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3459     } else {
3460       break;
3461     }
3462   }
3463
3464   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3465   if (!*CommonDest)
3466     *CommonDest = CaseDest;
3467   // If the destination isn't the common one, abort.
3468   if (CaseDest != *CommonDest)
3469     return false;
3470
3471   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3472   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3473   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3474     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3475     if (Idx == -1)
3476       continue;
3477
3478     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3479                                         ConstantPool);
3480     if (!ConstVal)
3481       return false;
3482
3483     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3484     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3485       return false;
3486
3487     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3488   }
3489
3490   return Res.size() > 0;
3491 }
3492
3493 // Helper function used to add CaseVal to the list of cases that generate
3494 // Result.
3495 static void MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
3496     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3497     Constant *Result) {
3498   for (auto &I : UniqueResults) {
3499     if (I.first == Result) {
3500       I.second.push_back(CaseVal);
3501       return;
3502     }
3503   }
3504   UniqueResults.push_back(std::make_pair(Result,
3505         SmallVector<ConstantInt*, 4>(1, CaseVal)));
3506 }
3507
3508 // Helper function that initializes a map containing
3509 // results for the PHI node of the common destination block for a switch
3510 // instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
3511 // there is not a common destination block for the switch.
3512 static bool InitializeUniqueCases(SwitchInst *SI, PHINode *&PHI,
3513                                   BasicBlock *&CommonDest,
3514                                   SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3515                                   Constant *&DefaultResult,
3516                                   const DataLayout &DL) {
3517   for (auto &I : SI->cases()) {
3518     ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
3519
3520     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3521     SwitchCaseResultsTy Results;
3522     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
3523                         DL))
3524       return false;
3525
3526     // Only one value per case is permitted
3527     if (Results.size() > 1)
3528       return false;
3529     MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
3530
3531     // Check the PHI consistency.
3532     if (!PHI)
3533       PHI = Results[0].first;
3534     else if (PHI != Results[0].first)
3535       return false;
3536   }
3537   // Find the default result value.
3538   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
3539   BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
3540   GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
3541                  DL);
3542   // If the default value is not found abort unless the default destination
3543   // is unreachable.
3544   DefaultResult =
3545       DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
3546   if ((!DefaultResult &&
3547         !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
3548     return false;
3549
3550   return true;
3551 }
3552
3553 // Helper function that checks if it is possible to transform a switch with only
3554 // two cases (or two cases + default) that produces a result into a select.
3555 // Example:
3556 // switch (a) {
3557 //   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
3558 //     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
3559 //   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
3560 //     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
3561 //   default:
3562 //     return 4;
3563 // }
3564 static Value *
3565 ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
3566                      Constant *DefaultResult, Value *Condition,
3567                      IRBuilder<> &Builder) {
3568   assert(ResultVector.size() == 2 &&
3569       "We should have exactly two unique results at this point");
3570   // If we are selecting between only two cases transform into a simple
3571   // select or a two-way select if default is possible.
3572   if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
3573       ResultVector[1].second.size() == 1) {
3574     ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
3575     ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
3576
3577     bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
3578     Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
3579     if (DefaultCanTrigger) {
3580       Value *const ValueCompare =
3581           Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
3582       SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
3583                                          DefaultResult, "switch.select");
3584     }
3585     Value *const ValueCompare =
3586         Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
3587     return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first, SelectValue,
3588                                 "switch.select");
3589   }
3590
3591   return nullptr;
3592 }
3593
3594 // Helper function to cleanup a switch instruction that has been converted into
3595 // a select, fixing up PHI nodes and basic blocks.
3596 static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
3597                                               Value *SelectValue,
3598                                               IRBuilder<> &Builder) {
3599   BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
3600   while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
3601     PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
3602   PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
3603
3604   Builder.CreateBr(PHI->getParent());
3605
3606   // Remove the switch.
3607   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3608     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3609
3610     if (Succ == PHI->getParent())
3611       continue;
3612     Succ->removePredecessor(SelectBB);
3613   }
3614   SI->eraseFromParent();
3615 }
3616
3617 /// If the switch is only used to initialize one or more
3618 /// phi nodes in a common successor block with only two different
3619 /// constant values, replace the switch with select.
3620 static bool SwitchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
3621                            AssumptionCache *AC, const DataLayout &DL) {
3622   Value *const Cond = SI->getCondition();
3623   PHINode *PHI = nullptr;
3624   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
3625   Constant *DefaultResult;
3626   SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
3627   // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
3628   if (!InitializeUniqueCases(SI, PHI, CommonDest, UniqueResults, DefaultResult,
3629                              DL))
3630     return false;
3631   // Selects choose between maximum two values.
3632   if (UniqueResults.size() != 2)
3633     return false;
3634   assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
3635
3636   Builder.SetInsertPoint(SI);
3637   Value *SelectValue = ConvertTwoCaseSwitch(
3638       UniqueResults,
3639       DefaultResult, Cond, Builder);
3640   if (SelectValue) {
3641     RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
3642     return true;
3643   }
3644   // The switch couldn't be converted into a select.
3645   return false;
3646 }
3647
3648 namespace {
3649   /// This class represents a lookup table that can be used to replace a switch.
3650   class SwitchLookupTable {
3651   public:
3652     /// Create a lookup table to use as a switch replacement with the contents
3653     /// of Values, using DefaultValue to fill any holes in the table.
3654     SwitchLookupTable(
3655         Module &M, uint64_t TableSize, ConstantInt *Offset,
3656         const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values,
3657         Constant *DefaultValue, const DataLayout &DL);
3658
3659     /// Build instructions with Builder to retrieve the value at
3660     /// the position given by Index in the lookup table.
3661     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3662
3663     /// Return true if a table with TableSize elements of
3664     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3665     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout &DL, uint64_t TableSize,
3666                                    Type *ElementType);
3667
3668   private:
3669     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3670     // different ways.
3671     enum {
3672       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3673       // store that single value and return it for each lookup.
3674       SingleValueKind,
3675
3676       // For tables where there is a linear relationship between table index
3677       // and values. We calculate the result with a simple multiplication
3678       // and addition instead of a table lookup.
3679       LinearMapKind,
3680
3681       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3682       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3683       // shift and mask operations.
3684       BitMapKind,
3685
3686       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3687       // instructions from the table.
3688       ArrayKind
3689     } Kind;
3690
3691     // For SingleValueKind, this is the single value.
3692     Constant *SingleValue;
3693
3694     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3695     ConstantInt *BitMap;
3696     IntegerType *BitMapElementTy;
3697
3698     // For LinearMapKind, these are the constants used to derive the value.
3699     ConstantInt *LinearOffset;
3700     ConstantInt *LinearMultiplier;
3701
3702     // For ArrayKind, this is the array.
3703     GlobalVariable *Array;
3704   };
3705 }
3706
3707 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(
3708     Module &M, uint64_t TableSize, ConstantInt *Offset,
3709     const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values,
3710     Constant *DefaultValue, const DataLayout &DL)
3711     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
3712       LinearOffset(nullptr), LinearMultiplier(nullptr), Array(nullptr) {
3713   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3714   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3715
3716   // If all values in the table are equal, this is that value.
3717   SingleValue = Values.begin()->second;
3718
3719   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
3720
3721   // Build up the table contents.
3722   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3723   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3724     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3725     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3726     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
3727
3728     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3729                    .getLimitedValue();
3730     TableContents[Idx] = CaseRes;
3731
3732     if (CaseRes != SingleValue)
3733       SingleValue = nullptr;
3734   }
3735
3736   // Fill in any holes in the table with the default result.
3737   if (Values.size() < TableSize) {
3738     assert(DefaultValue &&
3739            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
3740     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
3741     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3742       if (!TableContents[I])
3743         TableContents[I] = DefaultValue;
3744     }
3745
3746     if (DefaultValue != SingleValue)
3747       SingleValue = nullptr;
3748   }
3749
3750   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3751   // that single value.
3752   if (SingleValue) {
3753     Kind = SingleValueKind;
3754     return;
3755   }
3756
3757   // Check if we can derive the value with a linear transformation from the
3758   // table index.
3759   if (isa<IntegerType>(ValueType)) {
3760     bool LinearMappingPossible = true;
3761     APInt PrevVal;
3762     APInt DistToPrev;
3763     assert(TableSize >= 2 && "Should be a SingleValue table.");
3764     // Check if there is the same distance between two consecutive values.
3765     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3766       ConstantInt *ConstVal = dyn_cast<ConstantInt>(TableContents[I]);
3767       if (!ConstVal) {
3768         // This is an undef. We could deal with it, but undefs in lookup tables
3769         // are very seldom. It's probably not worth the additional complexity.
3770         LinearMappingPossible = false;
3771         break;
3772       }
3773       APInt Val = ConstVal->getValue();
3774       if (I != 0) {
3775         APInt Dist = Val - PrevVal;
3776         if (I == 1) {
3777           DistToPrev = Dist;
3778         } else if (Dist != DistToPrev) {
3779           LinearMappingPossible = false;
3780           break;
3781         }
3782       }
3783       PrevVal = Val;
3784     }
3785     if (LinearMappingPossible) {
3786       LinearOffset = cast<ConstantInt>(TableContents[0]);
3787       LinearMultiplier = ConstantInt::get(M.getContext(), DistToPrev);
3788       Kind = LinearMapKind;
3789       ++NumLinearMaps;
3790       return;
3791     }
3792   }
3793
3794   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3795   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
3796     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
3797     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3798     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3799       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3800       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3801       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3802         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3803         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3804       }
3805     }
3806     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3807     BitMapElementTy = IT;
3808     Kind = BitMapKind;
3809     ++NumBitMaps;
3810     return;
3811   }
3812
3813   // Store the table in an array.
3814   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
3815   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3816
3817   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3818                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3819                              Initializer,
3820                              "switch.table");
3821   Array->setUnnamedAddr(true);
3822   Kind = ArrayKind;
3823 }
3824
3825 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3826   switch (Kind) {
3827     case SingleValueKind:
3828       return SingleValue;
3829     case LinearMapKind: {
3830       // Derive the result value from the input value.
3831       Value *Result = Builder.CreateIntCast(Index, LinearMultiplier->getType(),
3832                                             false, "switch.idx.cast");
3833       if (!LinearMultiplier->isOne())
3834         Result = Builder.CreateMul(Result, LinearMultiplier, "switch.idx.mult");
3835       if (!LinearOffset->isZero())
3836         Result = Builder.CreateAdd(Result, LinearOffset, "switch.offset");
3837       return Result;
3838     }
3839     case BitMapKind: {
3840       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3841       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3842
3843       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3844       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3845       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3846       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3847
3848       // Multiply the shift amount by the element width.
3849       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3850                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3851                                    "switch.shiftamt");
3852
3853       // Shift down.
3854       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3855                                               "switch.downshift");
3856       // Mask off.
3857       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3858                                  "switch.masked");
3859     }
3860     case ArrayKind: {
3861       // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
3862       IntegerType *IT = cast<IntegerType>(Index->getType());
3863       uint64_t TableSize = Array->getInitializer()->getType()
3864                                 ->getArrayNumElements();
3865       if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
3866         Index = Builder.CreateZExt(Index,
3867                                    IntegerType::get(IT->getContext(),
3868                                                     IT->getBitWidth() + 1),
3869                                    "switch.tableidx.zext");
3870
3871       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3872       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array->getValueType(), Array,
3873                                              GEPIndices, "switch.gep");
3874       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3875     }
3876   }
3877   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3878 }
3879
3880 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout &DL,
3881                                            uint64_t TableSize,
3882                                            Type *ElementType) {
3883   auto *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3884   if (!IT)
3885     return false;
3886   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3887   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3888
3889   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3890   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3891     return false;
3892   return DL.fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3893 }
3894
3895 /// Determine whether a lookup table should be built for this switch, based on
3896 /// the number of cases, size of the table, and the types of the results.
3897 static bool
3898 ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI, uint64_t TableSize,
3899                        const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout &DL,
3900                        const SmallDenseMap<PHINode *, Type *> &ResultTypes) {
3901   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3902     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3903
3904   bool AllTablesFitInRegister = true;
3905   bool HasIllegalType = false;
3906   for (const auto &I : ResultTypes) {
3907     Type *Ty = I.second;
3908
3909     // Saturate this flag to true.
3910     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3911
3912     // Saturate this flag to false.
3913     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3914       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
3915
3916     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3917     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3918     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3919     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3920       break;
3921   }
3922
3923   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3924   if (AllTablesFitInRegister)
3925     return true;
3926
3927   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3928   if (HasIllegalType)
3929     return false;
3930
3931   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3932   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3933   // FIXME: Find the best cut-off.
3934   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3935 }
3936
3937 /// Try to reuse the switch table index compare. Following pattern:
3938 /// \code
3939 ///     if (idx < tablesize)
3940 ///        r = table[idx]; // table does not contain default_value
3941 ///     else
3942 ///        r = default_value;
3943 ///     if (r != default_value)
3944 ///        ...
3945 /// \endcode
3946 /// Is optimized to:
3947 /// \code
3948 ///     cond = idx < tablesize;
3949 ///     if (cond)
3950 ///        r = table[idx];
3951 ///     else
3952 ///        r = default_value;
3953 ///     if (cond)
3954 ///        ...
3955 /// \endcode
3956 /// Jump threading will then eliminate the second if(cond).
3957 static void reuseTableCompare(User *PhiUser, BasicBlock *PhiBlock,
3958           BranchInst *RangeCheckBranch, Constant *DefaultValue,
3959           const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values) {
3960
3961   ICmpInst *CmpInst = dyn_cast<ICmpInst>(PhiUser);
3962   if (!CmpInst)
3963     return;
3964
3965   // We require that the compare is in the same block as the phi so that jump
3966   // threading can do its work afterwards.
3967   if (CmpInst->getParent() != PhiBlock)
3968     return;
3969
3970   Constant *CmpOp1 = dyn_cast<Constant>(CmpInst->getOperand(1));
3971   if (!CmpOp1)
3972     return;
3973
3974   Value *RangeCmp = RangeCheckBranch->getCondition();
3975   Constant *TrueConst = ConstantInt::getTrue(RangeCmp->getType());
3976   Constant *FalseConst = ConstantInt::getFalse(RangeCmp->getType());
3977
3978   // Check if the compare with the default value is constant true or false.
3979   Constant *DefaultConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
3980                                                  DefaultValue, CmpOp1, true);
3981   if (DefaultConst != TrueConst && DefaultConst != FalseConst)
3982     return;
3983
3984   // Check if the compare with the case values is distinct from the default
3985   // compare result.
3986   for (auto ValuePair : Values) {
3987     Constant *CaseConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
3988                               ValuePair.second, CmpOp1, true);
3989     if (!CaseConst || CaseConst == DefaultConst)
3990       return;
3991     assert((CaseConst == TrueConst || CaseConst == FalseConst) &&
3992            "Expect true or false as compare result.");
3993   }
3994  
3995   // Check if the branch instruction dominates the phi node. It's a simple
3996   // dominance check, but sufficient for our needs.
3997   // Although this check is invariant in the calling loops, it's better to do it
3998   // at this late stage. Practically we do it at most once for a switch.
3999   BasicBlock *BranchBlock = RangeCheckBranch->getParent();
4000   for (auto PI = pred_begin(PhiBlock), E = pred_end(PhiBlock); PI != E; ++PI) {
4001     BasicBlock *Pred = *PI;
4002     if (Pred != BranchBlock && Pred->getUniquePredecessor() != BranchBlock)
4003       return;
4004   }
4005
4006   if (DefaultConst == FalseConst) {
4007     // The compare yields the same result. We can replace it.
4008     CmpInst->replaceAllUsesWith(RangeCmp);
4009     ++NumTableCmpReuses;
4010   } else {
4011     // The compare yields the same result, just inverted. We can replace it.
4012     Value *InvertedTableCmp = BinaryOperator::CreateXor(RangeCmp,
4013                 ConstantInt::get(RangeCmp->getType(), 1), "inverted.cmp",
4014                 RangeCheckBranch);
4015     CmpInst->replaceAllUsesWith(InvertedTableCmp);
4016     ++NumTableCmpReuses;
4017   }
4018 }
4019
4020 /// If the switch is only used to initialize one or more phi nodes in a common
4021 /// successor block with different constant values, replace the switch with
4022 /// lookup tables.
4023 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
4024                                 const DataLayout &DL,
4025                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
4026   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
4027
4028   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
4029   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
4030     return false;
4031
4032   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
4033   // split off a dense part and build a lookup table for that.
4034
4035   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
4036   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
4037   // string and lookup indices into that.
4038
4039   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
4040   // faster, so we don't analyze them.
4041   if (SI->getNumCases() < 3)
4042     return false;
4043
4044   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
4045   // common destination, as well as the min and max case values.
4046   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
4047   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
4048   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
4049   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
4050
4051   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4052   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
4053   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
4054   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
4055   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
4056   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
4057
4058   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
4059     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
4060     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
4061       MinCaseVal = CaseVal;
4062     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
4063       MaxCaseVal = CaseVal;
4064
4065     // Resulting value at phi nodes for this case value.
4066     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
4067     ResultsTy Results;
4068     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
4069                         Results, DL))
4070       return false;
4071
4072     // Append the result from this case to the list for each phi.
4073     for (const auto &I : Results) {
4074       PHINode *PHI = I.first;
4075       Constant *Value = I.second;
4076       if (!ResultLists.count(PHI))
4077         PHIs.push_back(PHI);
4078       ResultLists[PHI].push_back(std::make_pair(CaseVal, Value));
4079     }
4080   }
4081
4082   // Keep track of the result types.
4083   for (PHINode *PHI : PHIs) {
4084     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
4085   }
4086
4087   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
4088   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
4089   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
4090   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
4091
4092   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
4093   // or a bitmask that fits in a register.
4094   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
4095   bool HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
4096                                           &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
4097
4098   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
4099   if (NeedMask) {
4100     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
4101     if (SI->getNumCases() < 4)  // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
4102       return false;
4103     if (!DL.fitsInLegalInteger(TableSize))
4104       return false;
4105   }
4106
4107   for (const auto &I : DefaultResultsList) {
4108     PHINode *PHI = I.first;
4109     Constant *Result = I.second;
4110     DefaultResults[PHI] = Result;
4111   }
4112
4113   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
4114     return false;
4115
4116   // Create the BB that does the lookups.
4117   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
4118   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4119                                             "switch.lookup",
4120                                             CommonDest->getParent(),
4121                                             CommonDest);
4122
4123   // Compute the table index value.
4124   Builder.SetInsertPoint(SI);
4125   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
4126                                         "switch.tableidx");
4127
4128   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
4129   // switching upon.
4130   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
4131   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
4132   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
4133          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
4134          "representable value of its input integer type's size.");
4135
4136   // If the default destination is unreachable, or if the lookup table covers
4137   // all values of the conditional variable, branch directly to the lookup table
4138   // BB. Otherwise, check that the condition is within the case range.
4139   const bool DefaultIsReachable =
4140       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
4141   const bool GeneratingCoveredLookupTable = (MaxTableSize == TableSize);
4142   BranchInst *RangeCheckBranch = nullptr;
4143
4144   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
4145     Builder.CreateBr(LookupBB);
4146     // Note: We call removeProdecessor later since we need to be able to get the
4147     // PHI value for the default case in case we're using a bit mask.
4148   } else {
4149     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
4150                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
4151     RangeCheckBranch = Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4152   }
4153
4154   // Populate the BB that does the lookups.
4155   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4156
4157   if (NeedMask) {
4158     // Before doing the lookup we do the hole check.
4159     // The LookupBB is therefore re-purposed to do the hole check
4160     // and we create a new LookupBB.
4161     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
4162     MaskBB->setName("switch.hole_check");
4163     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4164                                   "switch.lookup",
4165                                   CommonDest->getParent(),
4166                                   CommonDest);
4167
4168     // Make the mask's bitwidth at least 8bit and a power-of-2 to avoid
4169     // unnecessary illegal types.
4170     uint64_t TableSizePowOf2 = NextPowerOf2(std::max(7ULL, TableSize - 1ULL));
4171     APInt MaskInt(TableSizePowOf2, 0);
4172     APInt One(TableSizePowOf2, 1);
4173     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
4174     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
4175     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
4176       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
4177                       MinCaseVal->getValue()).getLimitedValue();
4178       MaskInt |= One << Idx;
4179     }
4180     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
4181
4182     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
4183     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
4184     // else continue with table lookup.
4185     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
4186     Value *MaskIndex = Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy,
4187                                                  "switch.maskindex");
4188     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex,
4189                                         "switch.shifted");
4190     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(Shifted,
4191                                        Type::getInt1Ty(Mod.getContext()),
4192                                        "switch.lobit");
4193     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4194
4195     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4196     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
4197   }
4198
4199   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
4200     // We cached PHINodes in PHIs, to avoid accessing deleted PHINodes later,
4201     // do not delete PHINodes here.
4202     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent(),
4203                                             /*DontDeleteUselessPHIs=*/true);
4204   }
4205
4206   bool ReturnedEarly = false;
4207   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
4208     PHINode *PHI = PHIs[I];
4209     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHI];
4210
4211     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
4212     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
4213     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultList, DV, DL);
4214
4215     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
4216
4217     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
4218     // do that right here.
4219     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
4220         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
4221       Builder.CreateRet(Result);
4222       ReturnedEarly = true;
4223       break;
4224     }
4225
4226     // Do a small peephole optimization: re-use the switch table compare if
4227     // possible.
4228     if (!TableHasHoles && HasDefaultResults && RangeCheckBranch) {
4229       BasicBlock *PhiBlock = PHI->getParent();
4230       // Search for compare instructions which use the phi.
4231       for (auto *User : PHI->users()) {
4232         reuseTableCompare(User, PhiBlock, RangeCheckBranch, DV, ResultList);
4233       }
4234     }
4235
4236     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
4237   }
4238
4239   if (!ReturnedEarly)
4240     Builder.CreateBr(CommonDest);
4241
4242   // Remove the switch.
4243   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4244     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4245
4246     if (Succ == SI->getDefaultDest())
4247       continue;
4248     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
4249   }
4250   SI->eraseFromParent();
4251
4252   ++NumLookupTables;
4253   if (NeedMask)
4254     ++NumLookupTablesHoles;
4255   return true;
4256 }
4257
4258 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
4259   BasicBlock *BB = SI->getParent();
4260
4261   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
4262     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4263     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
4264     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4265       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
4266         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4267
4268     Value *Cond = SI->getCondition();
4269     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
4270       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
4271         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4272
4273     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
4274     // away into any preds.
4275     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
4276     // Ignore dbg intrinsics.
4277     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
4278       ++BBI;
4279     if (SI == &*BBI)
4280       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
4281         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4282   }
4283
4284   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
4285   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
4286     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4287
4288   // Remove unreachable cases.
4289   if (EliminateDeadSwitchCases(SI, AC, DL))
4290     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4291
4292   if (SwitchToSelect(SI, Builder, AC, DL))
4293     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4294
4295   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
4296     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4297
4298   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, DL, TTI))
4299     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4300
4301   return false;
4302 }
4303
4304 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
4305   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
4306   bool Changed = false;
4307
4308   // Eliminate redundant destinations.
4309   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
4310   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
4311     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
4312     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest).second) {
4313       Dest->removePredecessor(BB);
4314       IBI->removeDestination(i);
4315       --i; --e;
4316       Changed = true;
4317     }
4318   }
4319
4320   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
4321     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
4322     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
4323     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4324     return true;
4325   }
4326
4327   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
4328     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
4329     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
4330     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4331     return true;
4332   }
4333
4334   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
4335     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
4336       return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4337   }
4338   return Changed;
4339 }
4340
4341 /// Given an block with only a single landing pad and a unconditional branch
4342 /// try to find another basic block which this one can be merged with.  This
4343 /// handles cases where we have multiple invokes with unique landing pads, but
4344 /// a shared handler.
4345 ///
4346 /// We specifically choose to not worry about merging non-empty blocks
4347 /// here.  That is a PRE/scheduling problem and is best solved elsewhere.  In
4348 /// practice, the optimizer produces empty landing pad blocks quite frequently
4349 /// when dealing with exception dense code.  (see: instcombine, gvn, if-else
4350 /// sinking in this file)
4351 ///
4352 /// This is primarily a code size optimization.  We need to avoid performing
4353 /// any transform which might inhibit optimization (such as our ability to
4354 /// specialize a particular handler via tail commoning).  We do this by not
4355 /// merging any blocks which require us to introduce a phi.  Since the same
4356 /// values are flowing through both blocks, we don't loose any ability to
4357 /// specialize.  If anything, we make such specialization more likely.
4358 ///
4359 /// TODO - This transformation could remove entries from a phi in the target
4360 /// block when the inputs in the phi are the same for the two blocks being
4361 /// merged.  In some cases, this could result in removal of the PHI entirely.
4362 static bool TryToMergeLandingPad(LandingPadInst *LPad, BranchInst *BI,
4363                                  BasicBlock *BB) {
4364   auto Succ = BB->getUniqueSuccessor();
4365   assert(Succ);
4366   // If there's a phi in the successor block, we'd likely have to introduce
4367   // a phi into the merged landing pad block.
4368   if (isa<PHINode>(*Succ->begin()))
4369     return false;
4370
4371   for (BasicBlock *OtherPred : predecessors(Succ)) {
4372     if (BB == OtherPred)
4373       continue;
4374     BasicBlock::iterator I = OtherPred->begin();
4375     LandingPadInst *LPad2 = dyn_cast<LandingPadInst>(I);
4376     if (!LPad2 || !LPad2->isIdenticalTo(LPad))
4377       continue;
4378     for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I) {}
4379     BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(I);
4380     if (!BI2 || !BI2->isIdenticalTo(BI))
4381       continue;
4382
4383     // We've found an identical block.  Update our predeccessors to take that
4384     // path instead and make ourselves dead.
4385     SmallSet<BasicBlock *, 16> Preds;
4386     Preds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
4387     for (BasicBlock *Pred : Preds) {
4388       InvokeInst *II = cast<InvokeInst>(Pred->getTerminator());
4389       assert(II->getNormalDest() != BB &&
4390              II->getUnwindDest() == BB && "unexpected successor");
4391       II->setUnwindDest(OtherPred);
4392     }
4393
4394     // The debug info in OtherPred doesn't cover the merged control flow that
4395     // used to go through BB.  We need to delete it or update it.
4396     for (auto I = OtherPred->begin(), E = OtherPred->end();
4397          I != E;) {
4398       Instruction &Inst = *I; I++;
4399       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
4400         Inst.eraseFromParent();
4401     }
4402
4403     SmallSet<BasicBlock *, 16> Succs;
4404     Succs.insert(succ_begin(BB), succ_end(BB));
4405     for (BasicBlock *Succ : Succs) {
4406       Succ->removePredecessor(BB);
4407     }
4408
4409     IRBuilder<> Builder(BI);
4410     Builder.CreateUnreachable();
4411     BI->eraseFromParent();
4412     return true;
4413   }
4414   return false;
4415 }
4416
4417 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
4418   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4419
4420   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
4421     return true;
4422
4423   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
4424   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbg();
4425   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
4426       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
4427     return true;
4428
4429   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
4430   // against a constant, try to simplify the block.
4431   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
4432     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
4433       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
4434         ;
4435       if (I->isTerminator() &&
4436           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, DL, TTI,
4437                                                 BonusInstThreshold, AC))
4438         return true;
4439     }
4440
4441   // See if we can merge an empty landing pad block with another which is
4442   // equivalent.
4443   if (LandingPadInst *LPad = dyn_cast<LandingPadInst>(I)) {
4444     for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I) {}
4445     if (I->isTerminator() &&
4446         TryToMergeLandingPad(LPad, BI, BB))
4447       return true;
4448   }
4449
4450   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4451   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
4452   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
4453   // for PHI nodes in common successor.
4454   if (FoldBranchToCommonDest(BI, BonusInstThreshold))
4455     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4456   return false;
4457 }
4458
4459
4460 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
4461   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4462
4463   // Conditional branch
4464   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
4465     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4466     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
4467     // switch.
4468     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4469       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
4470         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4471
4472     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
4473     // Ignore dbg intrinsics.
4474     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
4475     // Ignore dbg intrinsics.
4476     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4477       ++I;
4478     if (&*I == BI) {
4479       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4480         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4481     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4482       ++I;
4483       // Ignore dbg intrinsics.
4484       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4485         ++I;
4486       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4487         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4488     }
4489   }
4490
4491   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4492   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, Builder, DL))
4493     return true;
4494
4495   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4496   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4497   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4498   if (FoldBranchToCommonDest(BI, BonusInstThreshold))
4499     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4500
4501   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4502   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4503   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4504   // can hoist it up to the branching block.
4505   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
4506     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4507       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, TTI))
4508         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4509     } else {
4510       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4511       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
4512       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4513       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4514           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4515         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), TTI))
4516           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4517     }
4518   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4519     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4520     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
4521     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4522     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4523         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4524       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), TTI))
4525         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4526   }
4527
4528   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4529   // through this block if any PHI node entries are constants.
4530   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4531     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4532       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4533         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4534
4535   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4536   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4537     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4538       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4539         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4540           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4541
4542   return false;
4543 }
4544
4545 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4546 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4547   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4548   if (!C)
4549     return false;
4550
4551   if (I->use_empty())
4552     return false;
4553
4554   if (C->isNullValue()) {
4555     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4556     User *Use = *I->user_begin();
4557
4558     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4559     // control flow (eg. calls)
4560     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4561       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4562         return false;
4563
4564     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4565     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4566       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4567         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4568
4569     // Look through bitcasts.
4570     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4571       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4572
4573     // Load from null is undefined.
4574     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4575       if (!LI->isVolatile())
4576         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4577
4578     // Store to null is undefined.
4579     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4580       if (!SI->isVolatile())
4581         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4582   }
4583   return false;
4584 }
4585
4586 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4587 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4588 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4589   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4590        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4591     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4592       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4593         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4594         IRBuilder<> Builder(T);
4595         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4596           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4597           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4598           // destination from conditional branches.
4599           if (BI->isUnconditional())
4600             Builder.CreateUnreachable();
4601           else
4602             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4603                                                          BI->getSuccessor(0));
4604           BI->eraseFromParent();
4605           return true;
4606         }
4607         // TODO: SwitchInst.
4608       }
4609
4610   return false;
4611 }
4612
4613 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4614   bool Changed = false;
4615
4616   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4617   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4618
4619   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4620   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4621   if ((pred_empty(BB) &&
4622        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4623       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4624     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4625     DeleteDeadBlock(BB);
4626     return true;
4627   }
4628
4629   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4630   // away...
4631   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4632
4633   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4634   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4635
4636   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4637   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4638
4639   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4640   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4641   // if there are no PHI nodes.
4642   //
4643   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4644     return true;
4645
4646   IRBuilder<> Builder(BB);
4647
4648   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4649   // eliminate it, do so now.
4650   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4651     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4652       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TTI, DL);
4653
4654   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4655   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4656     if (BI->isUnconditional()) {
4657       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4658     } else {
4659       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4660     }
4661   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4662     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4663   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4664     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4665   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4666     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4667   } else if (UnreachableInst *UI =
4668                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4669     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4670   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4671                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4672     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4673   }
4674
4675   return Changed;
4676 }
4677
4678 /// This function is used to do simplification of a CFG.
4679 /// For example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop,
4680 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4681 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4682 ///
4683 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4684                        unsigned BonusInstThreshold, AssumptionCache *AC) {
4685   return SimplifyCFGOpt(TTI, BB->getModule()->getDataLayout(),
4686                         BonusInstThreshold, AC).run(BB);
4687 }