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