Address Duncan's comments on r167121.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/Constants.h"
17 #include "llvm/DataLayout.h"
18 #include "llvm/DerivedTypes.h"
19 #include "llvm/GlobalVariable.h"
20 #include "llvm/IRBuilder.h"
21 #include "llvm/Instructions.h"
22 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/LLVMContext.h"
24 #include "llvm/MDBuilder.h"
25 #include "llvm/Metadata.h"
26 #include "llvm/Module.h"
27 #include "llvm/Operator.h"
28 #include "llvm/Type.h"
29 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
30 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
31 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
36 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
37 #include "llvm/Support/CFG.h"
38 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
39 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
40 #include "llvm/Support/Debug.h"
41 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
42 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
43 #include "llvm/TargetTransformInfo.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
45 #include <algorithm>
46 #include <set>
47 #include <map>
48 using namespace llvm;
49
50 static cl::opt<unsigned>
51 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
52    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
53
54 static cl::opt<bool>
55 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
56        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
57
58 static cl::opt<bool>
59 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
60        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
61
62 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
63 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
64 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
65 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
66
67 namespace {
68   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
69   struct ValueEqualityComparisonCase {
70     ConstantInt *Value;
71     BasicBlock *Dest;
72
73     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
74       : Value(Value), Dest(Dest) {}
75
76     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
77       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
78       return Value < RHS.Value;
79     }
80
81     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
82   };
83
84 class SimplifyCFGOpt {
85   const DataLayout *const TD;
86   const TargetTransformInfo *const TTI;
87
88   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
89   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
90                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
91   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
92                                                      BasicBlock *Pred,
93                                                      IRBuilder<> &Builder);
94   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
95                                            IRBuilder<> &Builder);
96
97   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
98   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
99   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
100   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
101   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
102   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
103   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
104
105 public:
106   SimplifyCFGOpt(const DataLayout *td, const TargetTransformInfo *tti)
107       : TD(td), TTI(tti) {}
108   bool run(BasicBlock *BB);
109 };
110 }
111
112 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
113 /// terminator instructions together.
114 ///
115 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
116   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
117
118   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
119   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
120   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
121   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
122   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
123   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
124
125   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
126     if (SI1Succs.count(*I))
127       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
128            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
129         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
130         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
131             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
132           return false;
133       }
134
135   return true;
136 }
137
138 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
139 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
140 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
141 /// successors.
142 ///
143 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
144                                           BranchInst *SI2,
145                                           Instruction *Cond,
146                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
147   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
148   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
149
150   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
151   // common successors:
152   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
153   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
154   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
155   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
156   if (!Ci2) return false;
157   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
158         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
159       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
160         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
161     return false;
162
163   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
164   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
165   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
166   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
167     if (SI1Succs.count(*I))
168       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
169            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
170         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
171         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
172             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
173           return false;
174         PhiNodes.push_back(PN);
175       }
176   return true;
177 }
178
179 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
180 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
181 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
182 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
183 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
184                                   BasicBlock *ExistPred) {
185   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
186
187   PHINode *PN;
188   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
189        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
190     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
191 }
192
193
194 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
195 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
196 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
197 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
198 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
199 /// be entered if the condition is false.
200 ///
201 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
202 /// instructions in them.
203 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
204                              BasicBlock *&IfFalse) {
205   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
206   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
207          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
208   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
209   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
210
211   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
212   // branches if possible anyway.
213   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
214   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
215   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
216     return 0;
217
218   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
219   // either are.
220   if (Pred2Br->isConditional()) {
221     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
222     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
223     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
224     // probably not profitable.
225     if (Pred1Br->isConditional())
226       return 0;
227
228     std::swap(Pred1, Pred2);
229     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
230   }
231
232   if (Pred1Br->isConditional()) {
233     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
234     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
235     // doesn't dominate BB.
236     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
237       return 0;
238
239     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
240     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
241     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
242         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
243       IfTrue = Pred1;
244       IfFalse = Pred2;
245     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
246                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
247       IfTrue = Pred2;
248       IfFalse = Pred1;
249     } else {
250       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
251       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
252       return 0;
253     }
254
255     return Pred1Br->getCondition();
256   }
257
258   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
259   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
260   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
261   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
262   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
263     return 0;
264
265   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
266   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
267   if (BI == 0) return 0;
268
269   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
270   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
271     IfTrue = Pred1;
272     IfFalse = Pred2;
273   } else {
274     IfTrue = Pred2;
275     IfFalse = Pred1;
276   }
277   return BI->getCondition();
278 }
279
280 /// ComputeSpeculuationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
281 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
282 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
283 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
284   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
285          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
286   switch (Operator::getOpcode(I)) {
287   default:
288     // In doubt, be conservative.
289     return UINT_MAX;
290   case Instruction::GetElementPtr:
291     // GEPs are cheap if all indices are constant.
292     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
293       return UINT_MAX;
294     return 1;
295   case Instruction::Load:
296   case Instruction::Add:
297   case Instruction::Sub:
298   case Instruction::And:
299   case Instruction::Or:
300   case Instruction::Xor:
301   case Instruction::Shl:
302   case Instruction::LShr:
303   case Instruction::AShr:
304   case Instruction::ICmp:
305   case Instruction::Trunc:
306   case Instruction::ZExt:
307   case Instruction::SExt:
308     return 1; // These are all cheap.
309
310   case Instruction::Call:
311   case Instruction::Select:
312     return 2;
313   }
314 }
315
316 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
317 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
318 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
319 /// which works well enough for us.
320 ///
321 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
322 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
323 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
324 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
325 /// set and true is returned.
326 ///
327 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
328 /// Select whose cost is 2.
329 ///
330 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
331 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
332 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
333 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
334                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
335                                 unsigned &CostRemaining) {
336   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
337   if (!I) {
338     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
339     // can be executed unconditionally.
340     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
341       if (C->canTrap())
342         return false;
343     return true;
344   }
345   BasicBlock *PBB = I->getParent();
346
347   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
348   // the bottom of this block.
349   if (PBB == BB) return false;
350
351   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
352   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
353   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
354   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
355   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
356     return true;
357
358   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
359   // instructions in the 'if region'.
360   if (AggressiveInsts == 0) return false;
361
362   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
363   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
364
365   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
366   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
367   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
368   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
369     return false;
370
371   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
372
373   if (Cost > CostRemaining)
374     return false;
375
376   CostRemaining -= Cost;
377
378   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
379   // not take us over the cost threshold.
380   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
381     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
382       return false;
383   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
384   AggressiveInsts->insert(I);
385   return true;
386 }
387
388 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
389 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
390 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
391   // Normal constant int.
392   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
393   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
394     return CI;
395
396   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
397   // ConstantInt if possible.
398   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(TD->getIntPtrType(V->getType()));
399
400   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
401   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
402     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
403
404   // IntToPtr const int.
405   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
406     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
407       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
408         // The constant is very likely to have the right type already.
409         if (CI->getType() == PtrTy)
410           return CI;
411         else
412           return cast<ConstantInt>
413             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
414       }
415   return 0;
416 }
417
418 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
419 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
420 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
421 /// Values vector.
422 static Value *
423 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
424                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
425   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
426   if (I == 0) return 0;
427
428   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
429   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
430     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
431       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
432         UsedICmps++;
433         Vals.push_back(C);
434         return I->getOperand(0);
435       }
436
437       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
438       // the set.
439       ConstantRange Span =
440         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
441
442       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
443       // x != 0 && x != 1.
444       if (!isEQ)
445         Span = Span.inverse();
446
447       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
448       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
449         return 0;
450
451       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
452         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
453       UsedICmps++;
454       return I->getOperand(0);
455     }
456     return 0;
457   }
458
459   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
460   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
461     return 0;
462
463   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
464   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
465   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
466                                           isEQ, UsedICmps)) {
467     unsigned NumVals = Vals.size();
468     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
469     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
470                                             isEQ, UsedICmps)) {
471       if (LHS == RHS)
472         return LHS;
473       Vals.resize(NumVals);
474       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
475     }
476
477     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
478     // set it and return success.
479     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
480       Extra = I->getOperand(1);
481       return LHS;
482     }
483
484     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
485     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
486     return 0;
487   }
488
489   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
490   // use LHS as Extra.
491   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
492     Value *OldExtra = Extra;
493     Extra = I->getOperand(0);
494     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
495                                             isEQ, UsedICmps))
496       return RHS;
497     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
498     Extra = OldExtra;
499   }
500
501   return 0;
502 }
503
504 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
505   Instruction *Cond = 0;
506   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
507     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
508   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
509     if (BI->isConditional())
510       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
511   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
512     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
513   }
514
515   TI->eraseFromParent();
516   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
517 }
518
519 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
520 /// to see if a value is equal to constant integer value.
521 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
522   Value *CV = 0;
523   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
524     // Do not permit merging of large switch instructions into their
525     // predecessors unless there is only one predecessor.
526     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
527                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
528       CV = SI->getCondition();
529   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
530     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
531       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
532         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
533              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
534             GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
535           CV = ICI->getOperand(0);
536
537   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
538   if (TD && CV) {
539     PtrToIntInst *PTII = NULL;
540     if ((PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) &&
541         CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext(),
542           PTII->getPointerAddressSpace()))
543       CV = PTII->getOperand(0);
544   }
545   return CV;
546 }
547
548 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
549 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
550 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
551 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
552                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
553                                                                        &Cases) {
554   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
555     Cases.reserve(SI->getNumCases());
556     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
557       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
558                                                   i.getCaseSuccessor()));
559     return SI->getDefaultDest();
560   }
561
562   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
563   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
564   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
565   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
566                                                              TD),
567                                               Succ));
568   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
569 }
570
571
572 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
573 /// in the list that match the specified block.
574 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
575                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
576   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
577 }
578
579 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
580 /// well.
581 static bool
582 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
583               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
584   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
585
586   // Make V1 be smaller than V2.
587   if (V1->size() > V2->size())
588     std::swap(V1, V2);
589
590   if (V1->size() == 0) return false;
591   if (V1->size() == 1) {
592     // Just scan V2.
593     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
594     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
595       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
596         return true;
597   }
598
599   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
600   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
601   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
602   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
603   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
604     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
605       return true;
606     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
607       ++i1;
608     else
609       ++i2;
610   }
611   return false;
612 }
613
614 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
615 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
616 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
617 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
618 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
619 /// form of jump threading.
620 bool SimplifyCFGOpt::
621 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
622                                               BasicBlock *Pred,
623                                               IRBuilder<> &Builder) {
624   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
625   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
626
627   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
628   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
629   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
630
631   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
632   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
633
634   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
635   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
636   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
637                                                         PredCases);
638   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
639
640   // Find information about how control leaves this block.
641   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
642   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
643   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
644
645   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
646   // simplify TI based on this knowledge.
647   if (PredDef == TI->getParent()) {
648     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
649     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
650     // can simplify TI.
651     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
652       return false;
653
654     if (isa<BranchInst>(TI)) {
655       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
656       // uncond br.
657       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
658       // Insert the new branch.
659       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
660       (void) NI;
661
662       // Remove PHI node entries for the dead edge.
663       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
664
665       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
666            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
667
668       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
669       return true;
670     }
671
672     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
673     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
674     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
675     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
676       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
677
678     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
679                  << "Through successor TI: " << *TI);
680
681     // Collect branch weights into a vector.
682     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
683     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
684     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
685     if (HasWeight)
686       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
687            ++MD_i) {
688         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
689         assert(CI);
690         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
691       }
692     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
693       --i;
694       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
695         if (HasWeight) {
696           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
697           Weights.pop_back();
698         }
699         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
700         SI->removeCase(i);
701       }
702     }
703     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
704       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
705                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
706                       createBranchWeights(Weights));
707
708     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
709     return true;
710   }
711
712   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
713   // which value (or set of values) this is.
714   ConstantInt *TIV = 0;
715   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
716   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
717     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
718       if (TIV != 0)
719         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
720       TIV = PredCases[i].Value;
721     }
722   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
723
724   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
725   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
726   BasicBlock *TheRealDest = 0;
727   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
728     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
729       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
730       break;
731     }
732
733   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
734   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
735
736   // Remove PHI node entries for dead edges.
737   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
738   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
739     if (*SI != CheckEdge)
740       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
741     else
742       CheckEdge = 0;
743
744   // Insert the new branch.
745   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
746   (void) NI;
747
748   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
749             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
750
751   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
752   return true;
753 }
754
755 namespace {
756   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
757   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
758   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
759   struct ConstantIntOrdering {
760     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
761       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
762     }
763   };
764 }
765
766 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
767   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
768   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
769   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
770     return 1;
771   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
772     return 0;
773   return -1;
774 }
775
776 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
777   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
778   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
779     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
780       return MDS->getString().equals("branch_weights");
781
782   return false;
783 }
784
785 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
786 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
787 /// metadata.
788 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
789                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
790   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
791   assert(MD);
792   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
793     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
794     assert(CI);
795     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
796   }
797
798   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
799   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
800   // default weight to be the first entry.
801   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
802     assert(Weights.size() == 2);
803     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
804     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
805       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
806   }
807 }
808
809 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
810 /// weights if any are.
811 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
812   bool Halve = false;
813   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
814     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
815       Halve = true;
816       break;
817     }
818
819   if (! Halve)
820     return;
821
822   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
823     Weights[i] /= 2;
824 }
825
826 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
827 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
828 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
829 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
830 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
831                                                          IRBuilder<> &Builder) {
832   BasicBlock *BB = TI->getParent();
833   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
834   assert(CV && "Not a comparison?");
835   bool Changed = false;
836
837   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
838   while (!Preds.empty()) {
839     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
840
841     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
842     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
843     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
844
845     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
846       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
847       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
848       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
849
850       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
851       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
852
853       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
854       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
855       // build.
856       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
857
858       // Update the branch weight metadata along the way
859       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
860       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
861       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
862
863       if (PredHasWeights) {
864         GetBranchWeights(PTI, Weights);
865         // branch-weight metadata is inconsistant here.
866         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
867           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
868       } else if (SuccHasWeights)
869         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
870         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
871         // successor's weights
872         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
873
874       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
875       if (SuccHasWeights) {
876         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
877         // branch-weight metadata is inconsistant here.
878         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
879           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
880       } else if (PredHasWeights)
881         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
882
883       if (PredDefault == BB) {
884         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
885         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
886         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
887         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
888           if (PredCases[i].Dest != BB)
889             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
890           else {
891             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
892             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
893
894             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
895               // Increase weight for the default case.
896               Weights[0] += Weights[i+1];
897               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
898               Weights.pop_back();
899             }
900
901             PredCases.pop_back();
902             --i; --e;
903           }
904
905         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
906         if (PredDefault != BBDefault) {
907           PredDefault->removePredecessor(Pred);
908           PredDefault = BBDefault;
909           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
910         }
911
912         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
913         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
914         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
915           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
916               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
917             PredCases.push_back(BBCases[i]);
918             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
919             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
920               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
921               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
922               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
923               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
924               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
925             }
926           }
927
928         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
929           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
930           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
931           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
932             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
933           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
934           Weights[0] *= SuccWeights[0];
935         }
936       } else {
937         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
938         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
939         // activated.
940         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
941         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
942         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
943           if (PredCases[i].Dest == BB) {
944             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
945
946             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
947               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
948               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
949               Weights.pop_back();
950             }
951
952             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
953             PredCases.pop_back();
954             --i; --e;
955           }
956
957         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
958         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
959         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
960           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
961             // If this is one we are capable of getting...
962             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
963               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
964             PredCases.push_back(BBCases[i]);
965             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
966             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
967           }
968
969         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
970         // they must go to the default destination of TI.
971         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
972                                     PTIHandled.begin(),
973                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
974           if (PredHasWeights || SuccHasWeights) 
975             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]); 
976           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
977           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
978         }
979       }
980
981       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
982       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
983       // successors.
984       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
985         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
986
987       Builder.SetInsertPoint(PTI);
988       // Convert pointer to int before we switch.
989       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
990         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
991         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getType()),
992                                     "magicptr");
993       }
994
995       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
996       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
997                                                PredCases.size());
998       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
999       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
1000         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
1001
1002       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1003         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1004         FitWeights(Weights);
1005
1006         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1007
1008         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1009                            MDBuilder(BB->getContext()).
1010                            createBranchWeights(MDWeights));
1011       }
1012
1013       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1014
1015       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1016       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1017       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1018       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
1019       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1020         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1021           if (InfLoopBlock == 0) {
1022             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1023             // or it won't matter if it's hot. :)
1024             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1025                                               "infloop", BB->getParent());
1026             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1027           }
1028           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1029         }
1030
1031       Changed = true;
1032     }
1033   }
1034   return Changed;
1035 }
1036
1037 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1038 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1039 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1040 // to put the select in this case.
1041 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1042                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1043   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1044     PHINode *PN;
1045     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1046          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1047       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1048       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1049       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1050         return false;
1051       }
1052     }
1053   }
1054   return true;
1055 }
1056
1057 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1058 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1059 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1060 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1061   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1062   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1063   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1064   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1065   // identical order.
1066   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1067   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1068
1069   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1070   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1071
1072   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1073   // Skip debug info if it is not identical.
1074   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1075   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1076   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1077     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1078       I1 = BB1_Itr++;
1079     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1080       I2 = BB2_Itr++;
1081   }
1082   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1083       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1084     return false;
1085
1086   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
1087   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1088
1089   do {
1090     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1091     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1092     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1093       goto HoistTerminator;
1094
1095     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1096     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1097     // the now redundant second instruction.
1098     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1099     if (!I2->use_empty())
1100       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1101     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1102     I2->eraseFromParent();
1103
1104     I1 = BB1_Itr++;
1105     I2 = BB2_Itr++;
1106     // Skip debug info if it is not identical.
1107     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1108     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1109     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1110       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1111         I1 = BB1_Itr++;
1112       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1113         I2 = BB2_Itr++;
1114     }
1115   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1116
1117   return true;
1118
1119 HoistTerminator:
1120   // It may not be possible to hoist an invoke.
1121   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1122     return true;
1123
1124   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1125   Instruction *NT = I1->clone();
1126   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1127   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1128     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1129     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1130     NT->takeName(I1);
1131   }
1132
1133   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1134   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1135   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1136   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1137   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1138   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1139   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1140     PHINode *PN;
1141     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1142          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1143       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1144       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1145       if (BB1V == BB2V) continue;
1146
1147       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1148       // that determines the right value.
1149       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1150       if (SI == 0)
1151         SI = cast<SelectInst>
1152           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1153                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1154
1155       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1156       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1157         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1158           PN->setIncomingValue(i, SI);
1159     }
1160   }
1161
1162   // Update any PHI nodes in our new successors.
1163   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1164     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1165
1166   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1167   return true;
1168 }
1169
1170 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1171 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1172 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1173 /// in the two predecessors to BBEnd.
1174 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1175   assert(BI1->isUnconditional());
1176   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1177   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1178
1179   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1180   // an unconditional branch.
1181   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1182   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1183   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1184     return false;
1185   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1186   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1187     return false;
1188   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1189   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1190   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1191     return false;
1192
1193   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1194   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1195   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1196   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1197        I != E; ++I) {
1198     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1199       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1200       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2); 
1201       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1202     } else {
1203       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1204       break;
1205     }
1206   }
1207   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1208     return false;
1209   
1210
1211   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1212   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1213   // instructions in an identical order.
1214   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1215       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1216       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1217   // Skip debug info.
1218   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1219   if (RI1 == RE1)
1220     return false;
1221   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1222   if (RI2 == RE2)
1223     return false;
1224   // Skip the unconditional branches.
1225   ++RI1;
1226   ++RI2;
1227
1228   bool Changed = false;
1229   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1230     // Skip debug info.
1231     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1232     if (RI1 == RE1)
1233       return Changed;
1234     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1235     if (RI2 == RE2)
1236       return Changed;
1237
1238     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1239     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1240     // perform the same operation.
1241     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1242     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1243         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1244         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1245         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1246         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1247         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1248         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1249         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1250         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1251       return Changed;
1252
1253     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1254     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1255     bool SwapOpnds = false;
1256     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1257         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1258         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1259         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1260          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1261       ICmp2->swapOperands();
1262       SwapOpnds = true;
1263     }
1264     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1265       if (SwapOpnds)
1266         ICmp2->swapOperands();
1267       return Changed;
1268     }
1269
1270     // The operands should be either the same or they need to be generated
1271     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1272     // a single pair of different operands.
1273     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1274     unsigned Op1Idx = 0;
1275     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1276       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1277         continue;
1278       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1279       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1280       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1281       if (DifferentOp1 ||
1282           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1283           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1284           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1285           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1286         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1287         if (SwapOpnds)
1288           ICmp2->swapOperands();
1289         return Changed;
1290       }
1291       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1292       Op1Idx = I;
1293       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1294     }
1295
1296     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1297     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1298     if (DifferentOp1) {
1299       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1300                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1301                                        BBEnd->begin());
1302       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1303       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1304       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1305       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1306       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1307       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1308     }
1309     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1310     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1311
1312     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1313     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1314     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1315     // instruction in the basic block down.
1316     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1317     // Sink the instruction.
1318     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1319     if (!OldPN->use_empty())
1320       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1321     OldPN->eraseFromParent();
1322
1323     if (!I2->use_empty())
1324       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1325     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1326     I2->eraseFromParent();
1327
1328     if (UpdateRE1)
1329       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1330     if (UpdateRE2)
1331       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1332     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1333     NumSinkCommons++;
1334     Changed = true;
1335   }
1336   return Changed;
1337 }
1338
1339 /// SpeculativelyExecuteBB - Given a conditional branch that goes to BB1
1340 /// and an BB2 and the only successor of BB1 is BB2, hoist simple code
1341 /// (for now, restricted to a single instruction that's side effect free) from
1342 /// the BB1 into the branch block to speculatively execute it.
1343 ///
1344 /// Turn
1345 /// BB:
1346 ///     %t1 = icmp
1347 ///     br i1 %t1, label %BB1, label %BB2
1348 /// BB1:
1349 ///     %t3 = add %t2, c
1350 ///     br label BB2
1351 /// BB2:
1352 /// =>
1353 /// BB:
1354 ///     %t1 = icmp
1355 ///     %t4 = add %t2, c
1356 ///     %t3 = select i1 %t1, %t2, %t3
1357 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *BB1) {
1358   // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1359   // terminator) for now.
1360   Instruction *HInst = NULL;
1361   Instruction *Term = BB1->getTerminator();
1362   for (BasicBlock::iterator BBI = BB1->begin(), BBE = BB1->end();
1363        BBI != BBE; ++BBI) {
1364     Instruction *I = BBI;
1365     // Skip debug info.
1366     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
1367     if (I == Term) break;
1368
1369     if (HInst)
1370       return false;
1371     HInst = I;
1372   }
1373
1374   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1375
1376   // Check the instruction to be hoisted, if there is one.
1377   if (HInst) {
1378     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1379     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(HInst))
1380       return false;
1381     if (ComputeSpeculationCost(HInst) > PHINodeFoldingThreshold)
1382       return false;
1383
1384     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1385     // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1386     // being sunk into the use block.
1387     for (User::op_iterator i = HInst->op_begin(), e = HInst->op_end();
1388          i != e; ++i) {
1389       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1390       if (OpI && OpI->getParent() == BIParent &&
1391           !OpI->mayHaveSideEffects() &&
1392           !OpI->isUsedInBasicBlock(BIParent))
1393         return false;
1394     }
1395   }
1396
1397   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1398   Value *BrCond = BI->getCondition();
1399   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1400     return false;
1401
1402   // If BB1 is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1403   // to swap the select operands later.
1404   bool Invert = false;
1405   if (BB1 != BI->getSuccessor(0)) {
1406     assert(BB1 == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1407     Invert = true;
1408   }
1409
1410   // Collect interesting PHIs, and scan for hazards.
1411   SmallSetVector<std::pair<Value *, Value *>, 4> PHIs;
1412   BasicBlock *BB2 = BB1->getTerminator()->getSuccessor(0);
1413   for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1414        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1415     Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1416     Value *BIParentV = PN->getIncomingValueForBlock(BIParent);
1417
1418     // Skip PHIs which are trivial.
1419     if (BB1V == BIParentV)
1420       continue;
1421
1422     // Check for saftey.
1423     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BB1V)) {
1424       // An unfolded ConstantExpr could end up getting expanded into
1425       // Instructions. Don't speculate this and another instruction at
1426       // the same time.
1427       if (HInst)
1428         return false;
1429       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1430         return false;
1431       if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1432         return false;
1433     }
1434
1435     // Ok, we may insert a select for this PHI.
1436     PHIs.insert(std::make_pair(BB1V, BIParentV));
1437   }
1438
1439   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1440   // as well.
1441   if (PHIs.empty())
1442     return false;
1443
1444   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1445   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *BB1 << "\n";);
1446
1447   // Hoist the instruction.
1448   if (HInst)
1449     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), HInst);
1450
1451   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1452   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1453   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
1454     Value *TrueV = PHIs[i].first;
1455     Value *FalseV = PHIs[i].second;
1456
1457     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1458     // false value is the previously determined FalseV.
1459     SelectInst *SI;
1460     if (Invert)
1461       SI = cast<SelectInst>
1462         (Builder.CreateSelect(BrCond, FalseV, TrueV,
1463                               FalseV->getName() + "." + TrueV->getName()));
1464     else
1465       SI = cast<SelectInst>
1466         (Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1467                               TrueV->getName() + "." + FalseV->getName()));
1468
1469     // Make the PHI node use the select for all incoming values for "then" and
1470     // "if" blocks.
1471     for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1472          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1473       unsigned BB1I = PN->getBasicBlockIndex(BB1);
1474       unsigned BIParentI = PN->getBasicBlockIndex(BIParent);
1475       Value *BB1V = PN->getIncomingValue(BB1I);
1476       Value *BIParentV = PN->getIncomingValue(BIParentI);
1477       if (TrueV == BB1V && FalseV == BIParentV) {
1478         PN->setIncomingValue(BB1I, SI);
1479         PN->setIncomingValue(BIParentI, SI);
1480       }
1481     }
1482   }
1483
1484   ++NumSpeculations;
1485   return true;
1486 }
1487
1488 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1489 /// across this block.
1490 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1491   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1492   unsigned Size = 0;
1493
1494   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1495     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1496       continue;
1497     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1498     ++Size;
1499
1500     // We can only support instructions that do not define values that are
1501     // live outside of the current basic block.
1502     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1503          UI != E; ++UI) {
1504       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1505       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1506     }
1507
1508     // Looks ok, continue checking.
1509   }
1510
1511   return true;
1512 }
1513
1514 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1515 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1516 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1517 /// ultimate destination.
1518 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1519   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1520   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1521   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1522   // outside of the block.
1523   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1524     return false;
1525
1526   // Degenerate case of a single entry PHI.
1527   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1528     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1529     return true;
1530   }
1531
1532   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1533   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1534
1535   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1536   // constants.
1537   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1538     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1539     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1540
1541     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1542     // branch to RealDest.
1543     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1544     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1545
1546     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1547     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1548     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1549
1550     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1551     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1552     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1553     // the edge we are about to create.
1554     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1555                                             RealDest->getName()+".critedge",
1556                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1557     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1558
1559     // Update PHI nodes.
1560     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1561
1562     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1563     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1564     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1565     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1566     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1567     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1568       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1569         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1570         continue;
1571       }
1572       // Clone the instruction.
1573       Instruction *N = BBI->clone();
1574       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1575
1576       // Update operands due to translation.
1577       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1578            i != e; ++i) {
1579         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1580         if (PI != TranslateMap.end())
1581           *i = PI->second;
1582       }
1583
1584       // Check for trivial simplification.
1585       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1586         TranslateMap[BBI] = V;
1587         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1588       } else {
1589         // Insert the new instruction into its new home.
1590         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1591         if (!BBI->use_empty())
1592           TranslateMap[BBI] = N;
1593       }
1594     }
1595
1596     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1597     // to EdgeBB instead.
1598     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1599     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1600       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1601         BB->removePredecessor(PredBB);
1602         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1603       }
1604
1605     // Recurse, simplifying any other constants.
1606     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1607   }
1608
1609   return false;
1610 }
1611
1612 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1613 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1614 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1615   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1616   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1617   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1618   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1619   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1620   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1621   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1622   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1623   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1624   if (!IfCond ||
1625       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1626       isa<ConstantInt>(IfCond))
1627     return false;
1628
1629   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1630   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1631   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1632   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1633   // fewer PHI nodes in this block.
1634   unsigned NumPhis = 0;
1635   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1636     if (NumPhis > 2)
1637       return false;
1638
1639   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1640   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1641   // that need to be moved to the dominating block.
1642   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1643   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1644            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1645
1646   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1647     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1648     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1649       PN->replaceAllUsesWith(V);
1650       PN->eraseFromParent();
1651       continue;
1652     }
1653
1654     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1655                              MaxCostVal0) ||
1656         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1657                              MaxCostVal1))
1658       return false;
1659   }
1660
1661   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1662   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1663   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1664   if (PN == 0) return true;
1665
1666   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1667   // often be turned into switches and other things.
1668   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1669       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1670        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1671        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1672     return false;
1673
1674   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1675   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1676   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1677   // worth promoting to select instructions.
1678   BasicBlock *DomBlock = 0;
1679   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1680   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1681   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1682     IfBlock1 = 0;
1683   } else {
1684     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1685     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1686       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1687         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1688         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1689         // flow, so the xform is not worth it.
1690         return false;
1691       }
1692   }
1693
1694   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1695     IfBlock2 = 0;
1696   } else {
1697     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1698     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1699       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1700         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1701         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1702         // flow, so the xform is not worth it.
1703         return false;
1704       }
1705   }
1706
1707   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1708                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1709
1710   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1711   // do all of the PHI's now.
1712   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1713   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1714
1715   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1716   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1717   if (IfBlock1)
1718     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1719                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1720                                    IfBlock1->getTerminator());
1721   if (IfBlock2)
1722     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1723                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1724                                    IfBlock2->getTerminator());
1725
1726   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1727     // Change the PHI node into a select instruction.
1728     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1729     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1730
1731     SelectInst *NV =
1732       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1733     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1734     NV->takeName(PN);
1735     PN->eraseFromParent();
1736   }
1737
1738   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1739   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1740   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1741   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1742   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1743   Builder.CreateBr(BB);
1744   OldTI->eraseFromParent();
1745   return true;
1746 }
1747
1748 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1749 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1750 /// introducing a select if the return values disagree.
1751 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1752                                            IRBuilder<> &Builder) {
1753   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1754   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1755   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1756   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1757   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1758
1759   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1760   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1761   // computation on one path or the other.
1762   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1763     return false;
1764   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1765     return false;
1766
1767   Builder.SetInsertPoint(BI);
1768   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1769   // there is no return value for this function, just change the
1770   // branch into a return.
1771   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1772     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1773     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1774     Builder.CreateRetVoid();
1775     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1776     return true;
1777   }
1778
1779   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1780   // so we can insert a new select instruction.
1781   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1782   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1783
1784   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1785   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1786     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1787       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1788   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1789     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1790       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1791
1792   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1793   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1794   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1795   // constant expression that prevents this transformation from being
1796   // safe.
1797   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1798     if (TCV->canTrap())
1799       return false;
1800   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1801     if (FCV->canTrap())
1802       return false;
1803
1804   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1805   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1806   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1807   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1808
1809   // Insert select instructions where needed.
1810   Value *BrCond = BI->getCondition();
1811   if (TrueValue) {
1812     // Insert a select if the results differ.
1813     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1814     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1815       TrueValue = FalseValue;
1816     } else {
1817       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1818                                        FalseValue, "retval");
1819     }
1820   }
1821
1822   Value *RI = !TrueValue ?
1823     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1824
1825   (void) RI;
1826
1827   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1828                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1829                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1830
1831   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1832
1833   return true;
1834 }
1835
1836 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1837 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1838 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1839 /// found.
1840 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1841                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1842   assert(BI->isConditional() &&
1843          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1844   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1845   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1846   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1847   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1848   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1849   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1850   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1851   return true;
1852 }
1853
1854 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1855 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1856 ///
1857 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1858   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1859     return false;
1860   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1861     Instruction *PBI = &*I;
1862     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1863     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1864       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1865       Inst->eraseFromParent();
1866       return true;
1867     }
1868   }
1869   return false;
1870 }
1871
1872 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1873 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1874 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1875 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1876   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1877
1878   Instruction *Cond = 0;
1879   if (BI->isConditional())
1880     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1881   else {
1882     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1883     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1884     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1885     // predecessor.
1886     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1887       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1888         if (PBI->isConditional() &&
1889             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1890              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1891           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1892                I != E; ) {
1893             Instruction *Curr = I++;
1894             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1895               Cond = Curr;
1896               break;
1897             }
1898             // Quit if we can't remove this instruction.
1899             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1900               return false;
1901           }
1902         }
1903
1904     if (Cond == 0)
1905       return false;
1906   }
1907
1908   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1909     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
1910   return false;
1911
1912   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1913   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1914   // must be at the front of the block.
1915   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
1916
1917   // Ignore dbg intrinsics.
1918   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1919
1920   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
1921   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
1922   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
1923   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
1924   Instruction *BonusInst = 0;
1925   if (&*FrontIt != Cond &&
1926       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
1927       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
1928     BonusInst = &*FrontIt;
1929     ++FrontIt;
1930
1931     // Ignore dbg intrinsics.
1932     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1933   }
1934
1935   // Only a single bonus inst is allowed.
1936   if (&*FrontIt != Cond)
1937     return false;
1938
1939   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1940   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1941
1942   // Ingore dbg intrinsics.
1943   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
1944
1945   if (&*CondIt != BI)
1946     return false;
1947
1948   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
1949   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
1950   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
1951     if (CE->canTrap())
1952       return false;
1953   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
1954     if (CE->canTrap())
1955       return false;
1956
1957   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
1958   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
1959   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
1960   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
1961     return false;
1962
1963   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1964     BasicBlock *PredBlock = *PI;
1965     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
1966
1967     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
1968     // the common successor, verify that the same value flows in from both
1969     // blocks.
1970     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
1971     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
1972         (BI->isConditional() &&
1973          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
1974         (!BI->isConditional() &&
1975          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
1976       continue;
1977
1978     // Determine if the two branches share a common destination.
1979     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
1980     bool InvertPredCond = false;
1981
1982     if (BI->isConditional()) {
1983       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
1984         Opc = Instruction::Or;
1985       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
1986         Opc = Instruction::And;
1987       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
1988         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
1989       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
1990         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
1991       else
1992         continue;
1993     } else {
1994       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
1995         continue;
1996     }
1997
1998     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
1999     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2000     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2001     // out-of-order core by speculating them earlier.
2002     if (BonusInst) {
2003       // Collect the values used by the bonus inst
2004       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2005       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2006            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2007         Value *V = *OI;
2008         if (!isa<Constant>(V))
2009           UsedValues.insert(V);
2010       }
2011
2012       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2013       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2014
2015       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2016       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2017       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2018       while (!Worklist.empty()) {
2019         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2020         Worklist.pop_back();
2021
2022         if (Pair.second >= 4) continue;
2023         UsedValues.erase(Pair.first);
2024         if (UsedValues.empty()) break;
2025
2026         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2027           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2028                OI != OE; ++OI)
2029             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2030         }
2031       }
2032
2033       if (!UsedValues.empty()) return false;
2034     }
2035
2036     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2037     IRBuilder<> Builder(PBI);
2038
2039     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2040     if (InvertPredCond) {
2041       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2042
2043       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2044         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2045         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2046       } else {
2047         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2048                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2049       }
2050
2051       PBI->setCondition(NewCond);
2052       PBI->swapSuccessors();
2053     }
2054
2055     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2056     Instruction *NewBonus = 0;
2057     if (BonusInst) {
2058       NewBonus = BonusInst->clone();
2059       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2060       NewBonus->takeName(BonusInst);
2061       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2062     }
2063
2064     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2065     // two conditions together.
2066     Instruction *New = Cond->clone();
2067     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2068     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2069     New->takeName(Cond);
2070     Cond->setName(New->getName()+".old");
2071
2072     if (BI->isConditional()) {
2073       Instruction *NewCond =
2074         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2075                                             New, "or.cond"));
2076       PBI->setCondition(NewCond);
2077
2078       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2079       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2080                                                   PredFalseWeight);
2081       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2082                                                   SuccFalseWeight);
2083       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2084
2085       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2086         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2087           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2088           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2089           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2090           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2091           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2092           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2093           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2094           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2095           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2096                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2097         }
2098         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2099         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2100       }
2101       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2102         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2103           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2104           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2105           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2106           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2107           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2108               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2109           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2110           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2111         }
2112         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2113         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2114       }
2115       if (NewWeights.size() == 2) {
2116         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2117         FitWeights(NewWeights);
2118
2119         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2120         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2121                          MDBuilder(BI->getContext()).
2122                          createBranchWeights(MDWeights));
2123       } else
2124         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2125     } else {
2126       // Update PHI nodes in the common successors.
2127       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2128         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2129           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2130         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2131         Instruction *MergedCond = 0;
2132         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2133           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2134           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2135           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2136           Instruction *NotCond =
2137             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2138                                 "not.cond"));
2139           MergedCond =
2140             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2141                                 NotCond, New,
2142                                 "and.cond"));
2143           if (PBI_C->isOne())
2144             MergedCond =
2145               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2146                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2147                                   "or.cond"));
2148         } else {
2149           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2150           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2151           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2152           MergedCond =
2153             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2154                                 PBI->getCondition(), New,
2155                                 "and.cond"));
2156           if (PBI_C->isOne()) {
2157             Instruction *NotCond =
2158               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2159                                   "not.cond"));
2160             MergedCond =
2161               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2162                                   NotCond, MergedCond,
2163                                   "or.cond"));
2164           }
2165         }
2166         // Update PHI Node.
2167         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2168                                   MergedCond);
2169       }
2170       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2171       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2172       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2173       PBI = New_PBI;
2174     }
2175
2176     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2177     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2178
2179     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2180     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2181       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2182         I->clone()->insertBefore(PBI);
2183
2184     return true;
2185   }
2186   return false;
2187 }
2188
2189 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2190 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2191 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2192 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2193 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2194   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2195   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2196
2197   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2198   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2199   // this conditional branch redundant.
2200   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2201       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2202     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2203     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2204     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2205       // Turn this into a branch on constant.
2206       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2207       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2208                                         CondIsTrue));
2209       return true;  // Nuke the branch on constant.
2210     }
2211
2212     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2213     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2214     // simplifycfg will thread the block.
2215     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2216       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2217       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2218                                        std::distance(PB, PE),
2219                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2220                                        BB->begin());
2221       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2222       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2223       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2224       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2225         BasicBlock *P = *PI;
2226         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2227             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2228             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2229             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2230           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2231           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2232                                               CondIsTrue), P);
2233         } else {
2234           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2235         }
2236       }
2237
2238       BI->setCondition(NewPN);
2239       return true;
2240     }
2241   }
2242
2243   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2244   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2245   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2246   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2247   // Ignore dbg intrinsics.
2248   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2249     ++BBI;
2250   if (&*BBI != BI)
2251     return false;
2252
2253
2254   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2255     if (CE->canTrap())
2256       return false;
2257
2258   int PBIOp, BIOp;
2259   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2260     PBIOp = BIOp = 0;
2261   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2262     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2263   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2264     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2265   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2266     PBIOp = BIOp = 1;
2267   else
2268     return false;
2269
2270   // Check to make sure that the other destination of this branch
2271   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2272   // keep getting unwound.
2273   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2274     return false;
2275
2276   // Do not perform this transformation if it would require
2277   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2278   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2279   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2280
2281   unsigned NumPhis = 0;
2282   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2283        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2284     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2285       return false;
2286
2287   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2288   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2289
2290   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2291                << "AND: " << *BI->getParent());
2292
2293
2294   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2295   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2296   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2297   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2298   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2299   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2300   // infinite loop with no cond branch.
2301   if (OtherDest == BB) {
2302     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2303     // or it won't matter if it's hot. :)
2304     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2305                                                   "infloop", BB->getParent());
2306     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2307     OtherDest = InfLoopBlock;
2308   }
2309
2310   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2311
2312   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2313   // it alone, but modify PBI.
2314
2315   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2316   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2317   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2318   if (PBIOp)
2319     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2320
2321   Value *BICond = BI->getCondition();
2322   if (BIOp)
2323     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2324
2325   // Merge the conditions.
2326   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2327
2328   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2329   PBI->setCondition(Cond);
2330   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2331   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2332
2333   // Update branch weight for PBI.
2334   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2335   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2336                                               PredFalseWeight);
2337   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2338                                               SuccFalseWeight);
2339   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2340     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2341     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2342     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2343     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2344     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2345     //                                    PredOther * SuccCommon.
2346     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2347     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2348     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2349                          PredOther * SuccCommon);
2350     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2351     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2352     FitWeights(NewWeights);
2353
2354     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2355     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2356                      MDBuilder(BI->getContext()).
2357                      createBranchWeights(MDWeights));
2358   }
2359
2360   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2361   // block that are identical to the entries for BI's block.
2362   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2363
2364   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2365   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2366   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2367   // them agree.
2368   PHINode *PN;
2369   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2370        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2371     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2372     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2373     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2374     if (BIV != PBIV) {
2375       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2376       Value *NV = cast<SelectInst>
2377         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2378       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2379     }
2380   }
2381
2382   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2383   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2384
2385   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2386   // one fewer predecessor.
2387   return true;
2388 }
2389
2390 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2391 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2392 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2393 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2394 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2395 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2396                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2397                                        uint32_t TrueWeight,
2398                                        uint32_t FalseWeight){
2399   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2400   // First, figure out which successors to preserve.
2401   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2402   // successor.
2403   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2404   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2405
2406   // Then remove the rest.
2407   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2408     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2409     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2410     if (Succ == KeepEdge1)
2411       KeepEdge1 = 0;
2412     else if (Succ == KeepEdge2)
2413       KeepEdge2 = 0;
2414     else
2415       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2416   }
2417
2418   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2419   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2420
2421   // Insert an appropriate new terminator.
2422   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2423     if (TrueBB == FalseBB)
2424       // We were only looking for one successor, and it was present.
2425       // Create an unconditional branch to it.
2426       Builder.CreateBr(TrueBB);
2427     else {
2428       // We found both of the successors we were looking for.
2429       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2430       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2431       if (TrueWeight != FalseWeight)
2432         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2433                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2434                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2435     }
2436   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2437     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2438     // terminator must be unreachable.
2439     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2440   } else {
2441     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2442     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2443     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2444     if (KeepEdge1 == 0)
2445       // Only TrueBB was found.
2446       Builder.CreateBr(TrueBB);
2447     else
2448       // Only FalseBB was found.
2449       Builder.CreateBr(FalseBB);
2450   }
2451
2452   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2453   return true;
2454 }
2455
2456 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2457 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2458 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2459 // unconditional otherwise.
2460 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2461   // Check for constant integer values in the select.
2462   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2463   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2464   if (!TrueVal || !FalseVal)
2465     return false;
2466
2467   // Find the relevant condition and destinations.
2468   Value *Condition = Select->getCondition();
2469   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2470   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2471
2472   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2473   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2474   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2475   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2476   if (HasWeights) {
2477     GetBranchWeights(SI, Weights);
2478     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2479       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2480                                      getSuccessorIndex()];
2481       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2482                                       getSuccessorIndex()];
2483     }
2484   }
2485
2486   // Perform the actual simplification.
2487   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2488                                     TrueWeight, FalseWeight);
2489 }
2490
2491 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2492 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2493 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2494 // with
2495 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2496 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2497   // Check that both operands of the select are block addresses.
2498   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2499   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2500   if (!TBA || !FBA)
2501     return false;
2502
2503   // Extract the actual blocks.
2504   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2505   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2506
2507   // Perform the actual simplification.
2508   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2509                                     0, 0);
2510 }
2511
2512 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2513 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2514 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2515 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2516 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2517 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2518 /// like:
2519 ///
2520 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2521 /// DEFAULT:
2522 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2523 ///   br label %end
2524 /// end:
2525 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2526 ///
2527 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2528 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2529 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICmpInst *ICI,
2530                                                   const DataLayout *TD,
2531                                                   IRBuilder<> &Builder) {
2532   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2533
2534   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2535   // complex.
2536   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2537
2538   Value *V = ICI->getOperand(0);
2539   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2540
2541   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2542   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2543   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2544   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2545   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2546
2547   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2548   if (SI->getCondition() != V)
2549     return false;
2550
2551   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2552   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2553   // away.
2554   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2555     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2556     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2557     ICI->setOperand(0, VVal);
2558
2559     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2560       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2561       ICI->eraseFromParent();
2562     }
2563     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2564     return SimplifyCFG(BB) | true;
2565   }
2566
2567   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2568   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2569   // and zap it.
2570   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2571     Value *V;
2572     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2573       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2574     else
2575       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2576
2577     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2578     ICI->eraseFromParent();
2579     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2580     return SimplifyCFG(BB) | true;
2581   }
2582
2583   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2584   // the block.
2585   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2586   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2587   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2588       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2589     return false;
2590
2591   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2592   // true in the PHI.
2593   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2594   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2595
2596   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2597     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2598
2599   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2600   // false depending on if it is EQ or NE.
2601   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2602   ICI->eraseFromParent();
2603
2604   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2605   // the switch to the merge point on the compared value.
2606   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2607                                          BB->getParent(), BB);
2608   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2609   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2610   if (HasWeights) {
2611     GetBranchWeights(SI, Weights);
2612     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2613       // Split weight for default case to case for "Cst".
2614       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2615       Weights.push_back(Weights[0]);
2616
2617       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2618       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2619                       MDBuilder(SI->getContext()).
2620                       createBranchWeights(MDWeights));
2621     }
2622   }
2623   SI->addCase(Cst, NewBB);
2624
2625   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2626   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2627   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2628   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2629   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2630   return true;
2631 }
2632
2633 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2634 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2635 /// fold it into a switch instruction if so.
2636 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2637                                       IRBuilder<> &Builder) {
2638   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2639   if (Cond == 0) return false;
2640
2641
2642   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2643   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2644   // 'setne's and'ed together, collect them.
2645   Value *CompVal = 0;
2646   std::vector<ConstantInt*> Values;
2647   bool TrueWhenEqual = true;
2648   Value *ExtraCase = 0;
2649   unsigned UsedICmps = 0;
2650
2651   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2652     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2653                                      UsedICmps);
2654   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2655     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2656                                      UsedICmps);
2657     TrueWhenEqual = false;
2658   }
2659
2660   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2661   if (CompVal == 0) return false;
2662
2663   // Avoid turning single icmps into a switch.
2664   if (UsedICmps <= 1)
2665     return false;
2666
2667   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2668   // instruction can't handle, remove them now.
2669   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2670   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2671
2672   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2673   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2674   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2675
2676   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2677   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2678
2679   // Figure out which block is which destination.
2680   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2681   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2682   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2683
2684   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2685
2686   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2687                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2688
2689   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2690   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2691   // right before the condbr to handle it.
2692   if (ExtraCase) {
2693     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2694     // Remove the uncond branch added to the old block.
2695     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2696     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2697
2698     if (TrueWhenEqual)
2699       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2700     else
2701       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2702
2703     OldTI->eraseFromParent();
2704
2705     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2706     // for the edge we just added.
2707     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2708
2709     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2710           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2711     BB = NewBB;
2712   }
2713
2714   Builder.SetInsertPoint(BI);
2715   // Convert pointer to int before we switch.
2716   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2717     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2718     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2719                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getType()),
2720                                      "magicptr");
2721   }
2722
2723   // Create the new switch instruction now.
2724   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2725
2726   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2727   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2728     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2729
2730   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2731   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2732   // the number of edges added.
2733   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2734        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2735     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2736     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2737     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2738       PN->addIncoming(InVal, BB);
2739   }
2740
2741   // Erase the old branch instruction.
2742   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2743
2744   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2745   return true;
2746 }
2747
2748 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2749   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2750   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2751   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2752   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2753   if (RI->getValue() != LPInst)
2754     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2755     // caused control to branch here.
2756     return false;
2757
2758   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2759   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2760   while (++I != E)
2761     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2762       return false;
2763
2764   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2765   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2766     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2767     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2768     // Insert a call instruction before the invoke.
2769     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2770     Call->takeName(II);
2771     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2772     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2773     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2774
2775     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2776     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2777     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2778     // updated.
2779     II->replaceAllUsesWith(Call);
2780     BB->removePredecessor(II->getParent());
2781
2782     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2783     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2784
2785     // Finally, delete the invoke instruction!
2786     II->eraseFromParent();
2787   }
2788
2789   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2790   BB->eraseFromParent();
2791   return true;
2792 }
2793
2794 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2795   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2796   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2797
2798   // Find predecessors that end with branches.
2799   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2800   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2801   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2802     BasicBlock *P = *PI;
2803     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2804     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2805       if (BI->isUnconditional())
2806         UncondBranchPreds.push_back(P);
2807       else
2808         CondBranchPreds.push_back(BI);
2809     }
2810   }
2811
2812   // If we found some, do the transformation!
2813   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2814     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2815       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2816       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2817             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2818       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2819     }
2820
2821     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2822     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2823       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2824       BB->eraseFromParent();
2825
2826     return true;
2827   }
2828
2829   // Check out all of the conditional branches going to this return
2830   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2831   // branch itself into a select/return pair.
2832   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2833     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2834
2835     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2836     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2837         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2838         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2839       return true;
2840   }
2841   return false;
2842 }
2843
2844 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2845   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2846
2847   bool Changed = false;
2848
2849   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2850   // be removed, do so.
2851   while (UI != BB->begin()) {
2852     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2853     --BBI;
2854     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2855     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2856     // operations may have this effect.
2857     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2858
2859     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2860       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2861         if (SI->isVolatile())
2862           break;
2863       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2864         if (LI->isVolatile())
2865           break;
2866       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2867         if (RMWI->isVolatile())
2868           break;
2869       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2870         if (CXI->isVolatile())
2871           break;
2872       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2873                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2874         break;
2875       }
2876       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2877       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2878       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2879       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2880     }
2881
2882     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2883     if (!BBI->use_empty())
2884       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2885     BBI->eraseFromParent();
2886     Changed = true;
2887   }
2888
2889   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
2890   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
2891   if (&BB->front() != UI) return Changed;
2892
2893   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2894   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
2895     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
2896     IRBuilder<> Builder(TI);
2897     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2898       if (BI->isUnconditional()) {
2899         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2900           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
2901           TI->eraseFromParent();
2902           Changed = true;
2903         }
2904       } else {
2905         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2906           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
2907           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2908         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
2909           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
2910           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2911           Changed = true;
2912         }
2913       }
2914     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2915       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2916            i != e; ++i)
2917         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
2918           BB->removePredecessor(SI->getParent());
2919           SI->removeCase(i);
2920           --i; --e;
2921           Changed = true;
2922         }
2923       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
2924       // destination and make it the default.
2925       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
2926         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
2927         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2928              i != e; ++i) {
2929           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
2930               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
2931           if (entry.first == 0) {
2932             entry.first = 1;
2933             entry.second = i.getCaseIndex();
2934           } else {
2935             entry.first++;
2936           }
2937         }
2938
2939         // Find the most popular block.
2940         unsigned MaxPop = 0;
2941         unsigned MaxIndex = 0;
2942         BasicBlock *MaxBlock = 0;
2943         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
2944              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
2945           if (I->second.first > MaxPop ||
2946               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
2947             MaxPop = I->second.first;
2948             MaxIndex = I->second.second;
2949             MaxBlock = I->first;
2950           }
2951         }
2952         if (MaxBlock) {
2953           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
2954           // edges to it.
2955           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
2956           Changed = true;
2957
2958           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
2959           // it.
2960           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
2961             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
2962               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
2963
2964           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2965                i != e; ++i)
2966             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
2967               SI->removeCase(i);
2968               --i; --e;
2969             }
2970         }
2971       }
2972     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
2973       if (II->getUnwindDest() == BB) {
2974         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
2975         // place to note that the call does not throw though.
2976         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
2977         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
2978
2979         // Insert the call now...
2980         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
2981         Builder.SetInsertPoint(BI);
2982         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
2983                                           Args, II->getName());
2984         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
2985         CI->setAttributes(II->getAttributes());
2986         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
2987         II->replaceAllUsesWith(CI);
2988         delete II;
2989         Changed = true;
2990       }
2991     }
2992   }
2993
2994   // If this block is now dead, remove it.
2995   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
2996       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
2997     // We know there are no successors, so just nuke the block.
2998     BB->eraseFromParent();
2999     return true;
3000   }
3001
3002   return Changed;
3003 }
3004
3005 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3006 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3007 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3008   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3009
3010   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3011   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3012   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3013   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3014   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3015   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3016     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3017       return false;
3018     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3019   }
3020   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3021
3022   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3023   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3024   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3025     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3026       return false;
3027   }
3028
3029   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3030   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3031
3032   Value *Sub = SI->getCondition();
3033   if (!Offset->isNullValue())
3034     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3035   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3036   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3037       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3038
3039   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3040   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3041   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3042   if (HasWeights) {
3043     GetBranchWeights(SI, Weights);
3044     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3045       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3046       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3047       // bits.
3048       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3049       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3050         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3051       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3052                          MDBuilder(SI->getContext()).
3053                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3054                                              (uint32_t)Weights[0]));
3055     }
3056   }
3057
3058   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3059   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3060        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3061     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3062       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3063   }
3064   SI->eraseFromParent();
3065
3066   return true;
3067 }
3068
3069 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3070 /// and use it to remove dead cases.
3071 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3072   Value *Cond = SI->getCondition();
3073   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
3074   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3075   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3076
3077   // Gather dead cases.
3078   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3079   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3080     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3081         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3082       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3083       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3084                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3085     }
3086   }
3087
3088   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3089   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3090   if (HasWeight) {
3091     GetBranchWeights(SI, Weights);
3092     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3093   }
3094
3095   // Remove dead cases from the switch.
3096   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3097     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3098     assert(Case != SI->case_default() &&
3099            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3100     if (HasWeight) {
3101       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3102       Weights.pop_back();
3103     }
3104
3105     // Prune unused values from PHI nodes.
3106     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3107     SI->removeCase(Case);
3108   }
3109   if (HasWeight) {
3110     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3111     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3112                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3113                     createBranchWeights(MDWeights));
3114   }
3115
3116   return !DeadCases.empty();
3117 }
3118
3119 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3120 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3121 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3122 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3123 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3124 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3125                                               BasicBlock *BB,
3126                                               int *PhiIndex) {
3127   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3128     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3129   if (!BB->getSinglePredecessor())
3130     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3131
3132   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3133   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3134     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3135
3136   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3137
3138   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3139   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3140     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3141     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3142
3143     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3144     if (InValue != CaseValue) continue;
3145
3146     *PhiIndex = Idx;
3147     return PHI;
3148   }
3149
3150   return NULL;
3151 }
3152
3153 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3154 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3155 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3156 /// Returns true if a change is made.
3157 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3158   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3159   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3160
3161   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3162     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3163     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3164
3165     int PhiIndex;
3166     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3167                                                  &PhiIndex);
3168     if (!PHI) continue;
3169
3170     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3171   }
3172
3173   bool Changed = false;
3174
3175   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3176        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3177     PHINode *Phi = I->first;
3178     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
3179
3180     if (Indexes.size() < 2) continue;
3181
3182     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3183       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3184     Changed = true;
3185   }
3186
3187   return Changed;
3188 }
3189
3190 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3191 /// initializing an array of constants like C.
3192 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3193   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3194     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3195
3196   return isa<ConstantFP>(C) ||
3197       isa<ConstantInt>(C) ||
3198       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3199       isa<GlobalValue>(C) ||
3200       isa<UndefValue>(C);
3201 }
3202
3203 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3204 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3205 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3206                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3207   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3208     return C;
3209   return ConstantPool.lookup(V);
3210 }
3211
3212 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3213 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3214 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3215 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3216 static Constant *ConstantFold(Instruction *I,
3217                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3218   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3219     Constant *A = LookupConstant(BO->getOperand(0), ConstantPool);
3220     if (!A)
3221       return 0;
3222     Constant *B = LookupConstant(BO->getOperand(1), ConstantPool);
3223     if (!B)
3224       return 0;
3225     return ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), A, B);
3226   }
3227
3228   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3229     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3230     if (!A)
3231       return 0;
3232     Constant *B = LookupConstant(I->getOperand(1), ConstantPool);
3233     if (!B)
3234       return 0;
3235     return ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(), A, B);
3236   }
3237
3238   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3239     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3240     if (!A)
3241       return 0;
3242     if (A->isAllOnesValue())
3243       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3244     if (A->isNullValue())
3245       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3246     return 0;
3247   }
3248
3249   if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3250     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3251     if (!A)
3252       return 0;
3253     return ConstantExpr::getCast(Cast->getOpcode(), A, Cast->getDestTy());
3254   }
3255
3256   return 0;
3257 }
3258
3259 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3260 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3261 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3262 /// case), of a switch instruction SI.
3263 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3264                            ConstantInt *CaseVal,
3265                            BasicBlock *CaseDest,
3266                            BasicBlock **CommonDest,
3267                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
3268   // The block from which we enter the common destination.
3269   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3270
3271   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3272   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3273   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3274   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3275   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3276        ++I) {
3277     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3278       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3279       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3280         return false;
3281       Pred = CaseDest;
3282       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3283     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3284       // Skip debug intrinsic.
3285       continue;
3286     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool)) {
3287       // Instruction is side-effect free and constant.
3288       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3289     } else {
3290       break;
3291     }
3292   }
3293
3294   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3295   if (!*CommonDest)
3296     *CommonDest = CaseDest;
3297   // If the destination isn't the common one, abort.
3298   if (CaseDest != *CommonDest)
3299     return false;
3300
3301   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3302   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3303   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3304     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3305     if (Idx == -1)
3306       continue;
3307
3308     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3309                                         ConstantPool);
3310     if (!ConstVal)
3311       return false;
3312
3313     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3314     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3315     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3316     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3317     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3318
3319     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3320     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3321       return false;
3322
3323     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3324   }
3325
3326   return true;
3327 }
3328
3329 namespace {
3330   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3331   /// to replace a switch.
3332   class SwitchLookupTable {
3333   public:
3334     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3335     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3336     /// table.
3337     SwitchLookupTable(Module &M,
3338                       uint64_t TableSize,
3339                       ConstantInt *Offset,
3340                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3341                       Constant *DefaultValue,
3342                       const DataLayout *TD);
3343
3344     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3345     /// the position given by Index in the lookup table.
3346     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3347
3348     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3349     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3350     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3351                                    uint64_t TableSize,
3352                                    const Type *ElementType);
3353
3354   private:
3355     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3356     // different ways.
3357     enum {
3358       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3359       // store that single value and return it for each lookup.
3360       SingleValueKind,
3361
3362       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3363       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3364       // shift and mask operations.
3365       BitMapKind,
3366
3367       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3368       // instructions from the table.
3369       ArrayKind
3370     } Kind;
3371
3372     // For SingleValueKind, this is the single value.
3373     Constant *SingleValue;
3374
3375     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3376     ConstantInt *BitMap;
3377     IntegerType *BitMapElementTy;
3378
3379     // For ArrayKind, this is the array.
3380     GlobalVariable *Array;
3381   };
3382 }
3383
3384 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3385                                      uint64_t TableSize,
3386                                      ConstantInt *Offset,
3387                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3388                                      Constant *DefaultValue,
3389                                      const DataLayout *TD) {
3390   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3391   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3392
3393   // If all values in the table are equal, this is that value.
3394   SingleValue = Values.begin()->second;
3395
3396   // Build up the table contents.
3397   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3398   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3399     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3400     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3401     assert(CaseRes->getType() == DefaultValue->getType());
3402
3403     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3404                    .getLimitedValue();
3405     TableContents[Idx] = CaseRes;
3406
3407     if (CaseRes != SingleValue)
3408       SingleValue = 0;
3409   }
3410
3411   // Fill in any holes in the table with the default result.
3412   if (Values.size() < TableSize) {
3413     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3414       if (!TableContents[I])
3415         TableContents[I] = DefaultValue;
3416     }
3417
3418     if (DefaultValue != SingleValue)
3419       SingleValue = 0;
3420   }
3421
3422   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3423   // that single value.
3424   if (SingleValue) {
3425     Kind = SingleValueKind;
3426     return;
3427   }
3428
3429   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3430   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, DefaultValue->getType())) {
3431     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(DefaultValue->getType());
3432     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3433     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3434       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3435       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3436       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3437         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3438         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3439       }
3440     }
3441     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3442     BitMapElementTy = IT;
3443     Kind = BitMapKind;
3444     ++NumBitMaps;
3445     return;
3446   }
3447
3448   // Store the table in an array.
3449   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultValue->getType(), TableSize);
3450   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3451
3452   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3453                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3454                              Initializer,
3455                              "switch.table");
3456   Array->setUnnamedAddr(true);
3457   Kind = ArrayKind;
3458 }
3459
3460 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3461   switch (Kind) {
3462     case SingleValueKind:
3463       return SingleValue;
3464     case BitMapKind: {
3465       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3466       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3467
3468       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3469       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3470       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3471       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3472
3473       // Multiply the shift amount by the element width.
3474       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3475                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3476                                    "switch.shiftamt");
3477
3478       // Shift down.
3479       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3480                                               "switch.downshift");
3481       // Mask off.
3482       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3483                                  "switch.masked");
3484     }
3485     case ArrayKind: {
3486       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3487       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3488                                              "switch.gep");
3489       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3490     }
3491   }
3492   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3493 }
3494
3495 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3496                                            uint64_t TableSize,
3497                                            const Type *ElementType) {
3498   if (!TD)
3499     return false;
3500   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3501   if (!IT)
3502     return false;
3503   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3504   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3505
3506   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3507   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3508     return false;
3509   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3510 }
3511
3512 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3513 /// for this switch, based on the number of caes, size of the table and the
3514 /// types of the results.
3515 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3516                                    uint64_t TableSize,
3517                                    const DataLayout *TD,
3518                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3519   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3520   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3521   // FIXME: Find the best cut-off.
3522   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3523     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3524   if (SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4)
3525     return true;
3526
3527   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3528   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3529        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3530     if (!SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, I->second))
3531       return false;
3532   }
3533   return true;
3534 }
3535
3536 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3537 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3538 /// replace the switch with lookup tables.
3539 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3540                                 IRBuilder<> &Builder,
3541                                 const DataLayout* TD,
3542                                 const TargetTransformInfo *TTI) {
3543   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3544
3545   if (TTI && !TTI->getScalarTargetTransformInfo()->shouldBuildLookupTables())
3546     return false;
3547
3548   // FIXME: Handle unreachable cases.
3549
3550   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3551   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3552
3553   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3554   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3555   // string and lookup indices into that.
3556
3557   // Ignore the switch if the number of cases is too small.
3558   // This is similar to the check when building jump tables in
3559   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3560   // FIXME: Determine the best cut-off.
3561   if (SI->getNumCases() < 4)
3562     return false;
3563
3564   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3565   // common destination, as well as the the min and max case values.
3566   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3567   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3568   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3569   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3570
3571   BasicBlock *CommonDest = 0;
3572   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3573   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3574   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3575   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3576   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3577
3578   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3579     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3580     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3581       MinCaseVal = CaseVal;
3582     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3583       MaxCaseVal = CaseVal;
3584
3585     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3586     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3587     ResultsTy Results;
3588     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3589                         Results))
3590       return false;
3591
3592     // Append the result from this case to the list for each phi.
3593     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3594       if (!ResultLists.count(I->first))
3595         PHIs.push_back(I->first);
3596       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3597     }
3598   }
3599
3600   // Get the resulting values for the default case.
3601   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3602   if (!GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3603                       DefaultResultsList))
3604     return false;
3605   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3606     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3607     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3608     DefaultResults[PHI] = Result;
3609     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3610   }
3611
3612   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3613   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3614   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TD, ResultTypes))
3615     return false;
3616
3617   // Create the BB that does the lookups.
3618   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3619   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3620                                             "switch.lookup",
3621                                             CommonDest->getParent(),
3622                                             CommonDest);
3623
3624   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3625   // the new BB.
3626   Builder.SetInsertPoint(SI);
3627   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3628                                         "switch.tableidx");
3629   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3630       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3631   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3632
3633   // Populate the BB that does the lookups.
3634   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3635   bool ReturnedEarly = false;
3636   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3637     PHINode *PHI = PHIs[I];
3638
3639     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3640                             DefaultResults[PHI], TD);
3641
3642     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3643
3644     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3645     // do that right here.
3646     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3647         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3648       Builder.CreateRet(Result);
3649       ReturnedEarly = true;
3650       break;
3651     }
3652
3653     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3654   }
3655
3656   if (!ReturnedEarly)
3657     Builder.CreateBr(CommonDest);
3658
3659   // Remove the switch.
3660   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3661     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3662     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3663     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3664   }
3665   SI->eraseFromParent();
3666
3667   ++NumLookupTables;
3668   return true;
3669 }
3670
3671 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3672   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3673
3674   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3675     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3676     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3677     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3678       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3679         return SimplifyCFG(BB) | true;
3680
3681     Value *Cond = SI->getCondition();
3682     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3683       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3684         return SimplifyCFG(BB) | true;
3685
3686     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3687     // away into any preds.
3688     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3689     // Ignore dbg intrinsics.
3690     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3691       ++BBI;
3692     if (SI == &*BBI)
3693       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3694         return SimplifyCFG(BB) | true;
3695   }
3696
3697   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3698   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3699     return SimplifyCFG(BB) | true;
3700
3701   // Remove unreachable cases.
3702   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3703     return SimplifyCFG(BB) | true;
3704
3705   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3706     return SimplifyCFG(BB) | true;
3707
3708   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TD, TTI))
3709     return SimplifyCFG(BB) | true;
3710
3711   return false;
3712 }
3713
3714 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3715   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3716   bool Changed = false;
3717
3718   // Eliminate redundant destinations.
3719   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3720   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3721     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3722     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3723       Dest->removePredecessor(BB);
3724       IBI->removeDestination(i);
3725       --i; --e;
3726       Changed = true;
3727     }
3728   }
3729
3730   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3731     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3732     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3733     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3734     return true;
3735   }
3736
3737   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3738     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3739     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3740     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3741     return true;
3742   }
3743
3744   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3745     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3746       return SimplifyCFG(BB) | true;
3747   }
3748   return Changed;
3749 }
3750
3751 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3752   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3753
3754   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3755     return true;
3756
3757   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3758   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3759   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3760       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3761     return true;
3762
3763   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3764   // against a constant, try to simplify the block.
3765   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3766     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3767       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3768         ;
3769       if (I->isTerminator() &&
3770           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, TD, Builder))
3771         return true;
3772     }
3773
3774   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3775   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3776   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3777   // for PHI nodes in common successor.
3778   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3779     return SimplifyCFG(BB) | true;
3780   return false;
3781 }
3782
3783
3784 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3785   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3786
3787   // Conditional branch
3788   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3789     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3790     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3791     // switch.
3792     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3793       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3794         return SimplifyCFG(BB) | true;
3795
3796     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3797     // Ignore dbg intrinsics.
3798     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3799     // Ignore dbg intrinsics.
3800     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3801       ++I;
3802     if (&*I == BI) {
3803       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3804         return SimplifyCFG(BB) | true;
3805     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3806       ++I;
3807       // Ignore dbg intrinsics.
3808       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3809         ++I;
3810       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3811         return SimplifyCFG(BB) | true;
3812     }
3813   }
3814
3815   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3816   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3817     return true;
3818
3819   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3820   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3821   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3822   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3823     return SimplifyCFG(BB) | true;
3824
3825   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3826   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3827   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3828   // can hoist it up to the branching block.
3829   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3830     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3831       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3832         return SimplifyCFG(BB) | true;
3833     } else {
3834       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3835       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3836       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3837       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3838           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3839         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
3840           return SimplifyCFG(BB) | true;
3841     }
3842   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3843     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
3844     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
3845     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
3846     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3847         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
3848       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
3849         return SimplifyCFG(BB) | true;
3850   }
3851
3852   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
3853   // through this block if any PHI node entries are constants.
3854   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
3855     if (PN->getParent() == BI->getParent())
3856       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
3857         return SimplifyCFG(BB) | true;
3858
3859   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
3860   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
3861     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
3862       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
3863         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
3864           return SimplifyCFG(BB) | true;
3865
3866   return false;
3867 }
3868
3869 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
3870 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
3871   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
3872   if (!C)
3873     return false;
3874
3875   if (I->use_empty())
3876     return false;
3877
3878   if (C->isNullValue()) {
3879     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
3880     User *Use = *I->use_begin();
3881
3882     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
3883     // control flow (eg. calls)
3884     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
3885       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
3886         return false;
3887
3888     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
3889     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
3890       if (GEP->getPointerOperand() == I)
3891         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
3892
3893     // Look through bitcasts.
3894     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
3895       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
3896
3897     // Load from null is undefined.
3898     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
3899       return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
3900
3901     // Store to null is undefined.
3902     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
3903       return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
3904   }
3905   return false;
3906 }
3907
3908 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
3909 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
3910 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
3911   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
3912        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
3913     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3914       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
3915         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
3916         IRBuilder<> Builder(T);
3917         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
3918           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
3919           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
3920           // destination from conditional branches.
3921           if (BI->isUnconditional())
3922             Builder.CreateUnreachable();
3923           else
3924             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
3925                                                          BI->getSuccessor(0));
3926           BI->eraseFromParent();
3927           return true;
3928         }
3929         // TODO: SwitchInst.
3930       }
3931
3932   return false;
3933 }
3934
3935 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
3936   bool Changed = false;
3937
3938   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
3939   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
3940
3941   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
3942   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
3943   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3944        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
3945       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
3946     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
3947     DeleteDeadBlock(BB);
3948     return true;
3949   }
3950
3951   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
3952   // away...
3953   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
3954
3955   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
3956   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
3957
3958   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
3959   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
3960
3961   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
3962   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
3963   // if there are no PHI nodes.
3964   //
3965   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
3966     return true;
3967
3968   IRBuilder<> Builder(BB);
3969
3970   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
3971   // eliminate it, do so now.
3972   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
3973     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
3974       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
3975
3976   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
3977   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
3978     if (BI->isUnconditional()) {
3979       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
3980     } else {
3981       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
3982     }
3983   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
3984     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
3985   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
3986     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
3987   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
3988     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
3989   } else if (UnreachableInst *UI =
3990                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
3991     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
3992   } else if (IndirectBrInst *IBI =
3993                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
3994     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
3995   }
3996
3997   return Changed;
3998 }
3999
4000 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4001 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4002 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4003 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4004 ///
4005 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const DataLayout *TD,
4006                        const TargetTransformInfo *TTI) {
4007   return SimplifyCFGOpt(TD, TTI).run(BB);
4008 }