bf7d5df3a5820cdd2c258a59dec69420efe845b2
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
17 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/CFG.h"
26 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Constants.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
30 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
31 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Metadata.h"
37 #include "llvm/IR/Module.h"
38 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
41 #include "llvm/IR/Type.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
48 #include <algorithm>
49 #include <map>
50 #include <set>
51 using namespace llvm;
52 using namespace PatternMatch;
53
54 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
55
56 static cl::opt<unsigned>
57 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
58    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
59
60 static cl::opt<bool>
61 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
62        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
63
64 static cl::opt<bool>
65 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
66        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
67
68 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
69     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
70     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
71
72 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
73 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
74 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
75 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
76 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
77
78 namespace {
79   // The first field contains the value that the switch produces when a certain
80   // case group is selected, and the second field is a vector containing the cases
81   // composing the case group.
82   typedef SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>
83     SwitchCaseResultVectorTy;
84   // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
85   // and the second field contains the value generated for a certain case in the switch
86   // for that PHI.
87   typedef SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> SwitchCaseResultsTy;
88
89   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
90   struct ValueEqualityComparisonCase {
91     ConstantInt *Value;
92     BasicBlock *Dest;
93
94     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
95       : Value(Value), Dest(Dest) {}
96
97     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
98       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
99       return Value < RHS.Value;
100     }
101
102     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
103   };
104
105 class SimplifyCFGOpt {
106   const TargetTransformInfo &TTI;
107   unsigned BonusInstThreshold;
108   const DataLayout *const DL;
109   AssumptionTracker *AT;
110   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
111   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
112                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
113   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
114                                                      BasicBlock *Pred,
115                                                      IRBuilder<> &Builder);
116   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
117                                            IRBuilder<> &Builder);
118
119   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
120   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
121   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
122   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
123   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
124   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
125   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
126
127 public:
128   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, unsigned BonusInstThreshold,
129                  const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT)
130       : TTI(TTI), BonusInstThreshold(BonusInstThreshold), DL(DL), AT(AT) {}
131   bool run(BasicBlock *BB);
132 };
133 }
134
135 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
136 /// terminator instructions together.
137 ///
138 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
139   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
140
141   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
142   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
143   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
144   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
145   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
146   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
147
148   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
149     if (SI1Succs.count(*I))
150       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
151            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
152         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
153         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
154             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
155           return false;
156       }
157
158   return true;
159 }
160
161 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
162 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
163 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
164 /// successors.
165 ///
166 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
167                                           BranchInst *SI2,
168                                           Instruction *Cond,
169                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
170   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
171   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
172
173   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
174   // common successors:
175   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
176   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
177   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
178   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
179   if (!Ci2) return false;
180   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
181         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
182       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
183         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
184     return false;
185
186   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
187   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
188   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
189   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
190     if (SI1Succs.count(*I))
191       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
192            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
193         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
194         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
195             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
196           return false;
197         PhiNodes.push_back(PN);
198       }
199   return true;
200 }
201
202 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
203 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
204 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
205 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
206 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
207                                   BasicBlock *ExistPred) {
208   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
209
210   PHINode *PN;
211   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
212        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
213     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
214 }
215
216 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
217 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
218 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
219 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I, const DataLayout *DL) {
220   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
221          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
222   switch (Operator::getOpcode(I)) {
223   default:
224     // In doubt, be conservative.
225     return UINT_MAX;
226   case Instruction::GetElementPtr:
227     // GEPs are cheap if all indices are constant.
228     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
229       return UINT_MAX;
230     return 1;
231   case Instruction::ExtractValue:
232   case Instruction::Load:
233   case Instruction::Add:
234   case Instruction::Sub:
235   case Instruction::And:
236   case Instruction::Or:
237   case Instruction::Xor:
238   case Instruction::Shl:
239   case Instruction::LShr:
240   case Instruction::AShr:
241   case Instruction::ICmp:
242   case Instruction::Trunc:
243   case Instruction::ZExt:
244   case Instruction::SExt:
245   case Instruction::BitCast:
246   case Instruction::ExtractElement:
247   case Instruction::InsertElement:
248     return 1; // These are all cheap.
249
250   case Instruction::Call:
251   case Instruction::Select:
252     return 2;
253   }
254 }
255
256 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
257 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
258 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
259 /// which works well enough for us.
260 ///
261 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
262 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
263 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
264 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
265 /// set and true is returned.
266 ///
267 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
268 /// Select whose cost is 2.
269 ///
270 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
271 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
272 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
273 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
274                                 SmallPtrSetImpl<Instruction*> *AggressiveInsts,
275                                 unsigned &CostRemaining,
276                                 const DataLayout *DL) {
277   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
278   if (!I) {
279     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
280     // can be executed unconditionally.
281     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
282       if (C->canTrap())
283         return false;
284     return true;
285   }
286   BasicBlock *PBB = I->getParent();
287
288   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
289   // the bottom of this block.
290   if (PBB == BB) return false;
291
292   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
293   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
294   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
295   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
296   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
297     return true;
298
299   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
300   // instructions in the 'if region'.
301   if (!AggressiveInsts) return false;
302
303   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
304   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
305
306   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
307   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
308   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
309   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
310     return false;
311
312   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, DL);
313
314   if (Cost > CostRemaining)
315     return false;
316
317   CostRemaining -= Cost;
318
319   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
320   // not take us over the cost threshold.
321   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
322     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, DL))
323       return false;
324   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
325   AggressiveInsts->insert(I);
326   return true;
327 }
328
329 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
330 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
331 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *DL) {
332   // Normal constant int.
333   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
334   if (CI || !DL || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
335     return CI;
336
337   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
338   // ConstantInt if possible.
339   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL->getIntPtrType(V->getType()));
340
341   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
342   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
343     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
344
345   // IntToPtr const int.
346   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
347     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
348       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
349         // The constant is very likely to have the right type already.
350         if (CI->getType() == PtrTy)
351           return CI;
352         else
353           return cast<ConstantInt>
354             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
355       }
356   return nullptr;
357 }
358
359 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
360 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
361 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
362 /// Values vector.
363 static Value *
364 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
365                        const DataLayout *DL, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
366   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
367   if (!I) return nullptr;
368
369   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
370   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
371     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)) {
372       Value *RHSVal;
373       ConstantInt *RHSC;
374
375       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
376         // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
377         // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
378         if (match(ICI->getOperand(0),
379                   m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
380           APInt Not = ~RHSC->getValue();
381           if (Not.isPowerOf2()) {
382             Vals.push_back(C);
383             Vals.push_back(
384                 ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue() | Not));
385             UsedICmps++;
386             return RHSVal;
387           }
388         }
389
390         UsedICmps++;
391         Vals.push_back(C);
392         return I->getOperand(0);
393       }
394
395       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
396       // the set.
397       ConstantRange Span =
398         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
399
400       // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
401       // compare idiom as emitted by instcombine.
402       bool hasAdd =
403           match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)));
404       if (hasAdd)
405         Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
406
407       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
408       // x != 0 && x != 1.
409       if (!isEQ)
410         Span = Span.inverse();
411
412       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
413       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
414         return nullptr;
415
416       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
417         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
418       UsedICmps++;
419       return hasAdd ? RHSVal : I->getOperand(0);
420     }
421     return nullptr;
422   }
423
424   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
425   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
426     return nullptr;
427
428   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
429   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
430   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, DL,
431                                           isEQ, UsedICmps)) {
432     unsigned NumVals = Vals.size();
433     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
434     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, DL,
435                                             isEQ, UsedICmps)) {
436       if (LHS == RHS)
437         return LHS;
438       Vals.resize(NumVals);
439       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
440     }
441
442     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
443     // set it and return success.
444     if (Extra == nullptr || Extra == I->getOperand(1)) {
445       Extra = I->getOperand(1);
446       return LHS;
447     }
448
449     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
450     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
451     return nullptr;
452   }
453
454   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
455   // use LHS as Extra.
456   if (Extra == nullptr || Extra == I->getOperand(0)) {
457     Value *OldExtra = Extra;
458     Extra = I->getOperand(0);
459     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, DL,
460                                             isEQ, UsedICmps))
461       return RHS;
462     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
463     Extra = OldExtra;
464   }
465
466   return nullptr;
467 }
468
469 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
470   Instruction *Cond = nullptr;
471   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
472     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
473   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
474     if (BI->isConditional())
475       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
476   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
477     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
478   }
479
480   TI->eraseFromParent();
481   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
482 }
483
484 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
485 /// to see if a value is equal to constant integer value.
486 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
487   Value *CV = nullptr;
488   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
489     // Do not permit merging of large switch instructions into their
490     // predecessors unless there is only one predecessor.
491     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
492                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
493       CV = SI->getCondition();
494   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
495     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
496       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
497         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
498           CV = ICI->getOperand(0);
499
500   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
501   if (DL && CV) {
502     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
503       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
504       if (PTII->getType() == DL->getIntPtrType(Ptr->getType()))
505         CV = Ptr;
506     }
507   }
508   return CV;
509 }
510
511 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
512 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
513 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
514 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
515                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
516                                                                        &Cases) {
517   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
518     Cases.reserve(SI->getNumCases());
519     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
520       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
521                                                   i.getCaseSuccessor()));
522     return SI->getDefaultDest();
523   }
524
525   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
526   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
527   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
528   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
529                                                              DL),
530                                               Succ));
531   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
532 }
533
534
535 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
536 /// in the list that match the specified block.
537 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
538                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
539   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
540 }
541
542 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
543 /// well.
544 static bool
545 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
546               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
547   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
548
549   // Make V1 be smaller than V2.
550   if (V1->size() > V2->size())
551     std::swap(V1, V2);
552
553   if (V1->size() == 0) return false;
554   if (V1->size() == 1) {
555     // Just scan V2.
556     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
557     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
558       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
559         return true;
560   }
561
562   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
563   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
564   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
565   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
566   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
567     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
568       return true;
569     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
570       ++i1;
571     else
572       ++i2;
573   }
574   return false;
575 }
576
577 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
578 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
579 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
580 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
581 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
582 /// form of jump threading.
583 bool SimplifyCFGOpt::
584 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
585                                               BasicBlock *Pred,
586                                               IRBuilder<> &Builder) {
587   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
588   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
589
590   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
591   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
592   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
593
594   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
595   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
596
597   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
598   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
599   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
600                                                         PredCases);
601   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
602
603   // Find information about how control leaves this block.
604   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
605   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
606   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
607
608   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
609   // simplify TI based on this knowledge.
610   if (PredDef == TI->getParent()) {
611     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
612     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
613     // can simplify TI.
614     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
615       return false;
616
617     if (isa<BranchInst>(TI)) {
618       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
619       // uncond br.
620       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
621       // Insert the new branch.
622       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
623       (void) NI;
624
625       // Remove PHI node entries for the dead edge.
626       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
627
628       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
629            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
630
631       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
632       return true;
633     }
634
635     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
636     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
637     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
638     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
639       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
640
641     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
642                  << "Through successor TI: " << *TI);
643
644     // Collect branch weights into a vector.
645     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
646     MDNode *MD = SI->getMDNode(LLVMContext::MD_prof);
647     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
648     if (HasWeight)
649       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
650            ++MD_i) {
651         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
652         assert(CI);
653         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
654       }
655     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
656       --i;
657       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
658         if (HasWeight) {
659           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
660           Weights.pop_back();
661         }
662         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
663         SI->removeCase(i);
664       }
665     }
666     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
667       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
668                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
669                       createBranchWeights(Weights));
670
671     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
672     return true;
673   }
674
675   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
676   // which value (or set of values) this is.
677   ConstantInt *TIV = nullptr;
678   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
679   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
680     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
681       if (TIV)
682         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
683       TIV = PredCases[i].Value;
684     }
685   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
686
687   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
688   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
689   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
690   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
691     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
692       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
693       break;
694     }
695
696   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
697   if (!TheRealDest) TheRealDest = ThisDef;
698
699   // Remove PHI node entries for dead edges.
700   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
701   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
702     if (*SI != CheckEdge)
703       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
704     else
705       CheckEdge = nullptr;
706
707   // Insert the new branch.
708   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
709   (void) NI;
710
711   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
712             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
713
714   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
715   return true;
716 }
717
718 namespace {
719   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
720   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
721   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
722   struct ConstantIntOrdering {
723     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
724       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
725     }
726   };
727 }
728
729 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
730                                     ConstantInt *const *P2) {
731   const ConstantInt *LHS = *P1;
732   const ConstantInt *RHS = *P2;
733   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
734     return 1;
735   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
736     return 0;
737   return -1;
738 }
739
740 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
741   MDNode *ProfMD = I->getMDNode(LLVMContext::MD_prof);
742   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
743     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
744       return MDS->getString().equals("branch_weights");
745
746   return false;
747 }
748
749 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
750 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
751 /// metadata.
752 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
753                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
754   MDNode *MD = TI->getMDNode(LLVMContext::MD_prof);
755   assert(MD);
756   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
757     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
758     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
759   }
760
761   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
762   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
763   // default weight to be the first entry.
764   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
765     assert(Weights.size() == 2);
766     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
767     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
768       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
769   }
770 }
771
772 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
773 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
774   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
775   if (Max > UINT_MAX) {
776     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
777     for (uint64_t &I : Weights)
778       I >>= Offset;
779   }
780 }
781
782 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
783 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
784 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
785 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
786 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
787                                                          IRBuilder<> &Builder) {
788   BasicBlock *BB = TI->getParent();
789   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
790   assert(CV && "Not a comparison?");
791   bool Changed = false;
792
793   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
794   while (!Preds.empty()) {
795     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
796
797     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
798     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
799     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
800
801     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
802       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
803       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
804       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
805
806       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
807       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
808
809       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
810       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
811       // build.
812       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
813
814       // Update the branch weight metadata along the way
815       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
816       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
817       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
818
819       if (PredHasWeights) {
820         GetBranchWeights(PTI, Weights);
821         // branch-weight metadata is inconsistent here.
822         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
823           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
824       } else if (SuccHasWeights)
825         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
826         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
827         // successor's weights
828         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
829
830       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
831       if (SuccHasWeights) {
832         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
833         // branch-weight metadata is inconsistent here.
834         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
835           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
836       } else if (PredHasWeights)
837         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
838
839       if (PredDefault == BB) {
840         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
841         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
842         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
843         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
844           if (PredCases[i].Dest != BB)
845             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
846           else {
847             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
848             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
849
850             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
851               // Increase weight for the default case.
852               Weights[0] += Weights[i+1];
853               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
854               Weights.pop_back();
855             }
856
857             PredCases.pop_back();
858             --i; --e;
859           }
860
861         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
862         if (PredDefault != BBDefault) {
863           PredDefault->removePredecessor(Pred);
864           PredDefault = BBDefault;
865           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
866         }
867
868         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
869         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
870         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
871           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
872               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
873             PredCases.push_back(BBCases[i]);
874             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
875             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
876               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
877               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
878               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
879               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
880               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
881             }
882           }
883
884         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
885           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
886           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
887           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
888             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
889           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
890           Weights[0] *= SuccWeights[0];
891         }
892       } else {
893         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
894         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
895         // activated.
896         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
897         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
898         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
899           if (PredCases[i].Dest == BB) {
900             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
901
902             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
903               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
904               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
905               Weights.pop_back();
906             }
907
908             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
909             PredCases.pop_back();
910             --i; --e;
911           }
912
913         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
914         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
915         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
916           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
917             // If this is one we are capable of getting...
918             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
919               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
920             PredCases.push_back(BBCases[i]);
921             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
922             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
923           }
924
925         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
926         // they must go to the default destination of TI.
927         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
928                                     PTIHandled.begin(),
929                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
930           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
931             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
932           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
933           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
934         }
935       }
936
937       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
938       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
939       // successors.
940       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
941         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
942
943       Builder.SetInsertPoint(PTI);
944       // Convert pointer to int before we switch.
945       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
946         assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
947         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL->getIntPtrType(CV->getType()),
948                                     "magicptr");
949       }
950
951       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
952       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
953                                                PredCases.size());
954       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
955       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
956         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
957
958       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
959         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
960         FitWeights(Weights);
961
962         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
963
964         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
965                            MDBuilder(BB->getContext()).
966                            createBranchWeights(MDWeights));
967       }
968
969       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
970
971       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
972       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
973       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
974       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
975       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
976         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
977           if (!InfLoopBlock) {
978             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
979             // or it won't matter if it's hot. :)
980             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
981                                               "infloop", BB->getParent());
982             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
983           }
984           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
985         }
986
987       Changed = true;
988     }
989   }
990   return Changed;
991 }
992
993 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
994 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
995 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
996 // to put the select in this case.
997 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
998                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
999   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1000     PHINode *PN;
1001     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1002          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1003       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1004       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1005       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1006         return false;
1007       }
1008     }
1009   }
1010   return true;
1011 }
1012
1013 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
1014
1015 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1016 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1017 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1018 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1019   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1020   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1021   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1022   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1023   // identical order.
1024   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1025   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1026
1027   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1028   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1029
1030   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1031   // Skip debug info if it is not identical.
1032   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1033   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1034   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1035     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1036       I1 = BB1_Itr++;
1037     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1038       I2 = BB2_Itr++;
1039   }
1040   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1041       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1042     return false;
1043
1044   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1045
1046   bool Changed = false;
1047   do {
1048     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1049     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1050     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1051       goto HoistTerminator;
1052
1053     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1054     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1055     // the now redundant second instruction.
1056     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1057     if (!I2->use_empty())
1058       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1059     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1060     unsigned KnownIDs[] = {
1061       LLVMContext::MD_tbaa,
1062       LLVMContext::MD_range,
1063       LLVMContext::MD_fpmath,
1064       LLVMContext::MD_invariant_load,
1065       LLVMContext::MD_nonnull
1066     };
1067     combineMetadata(I1, I2, KnownIDs);
1068     I2->eraseFromParent();
1069     Changed = true;
1070
1071     I1 = BB1_Itr++;
1072     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   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1083
1084   return true;
1085
1086 HoistTerminator:
1087   // It may not be possible to hoist an invoke.
1088   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1089     return Changed;
1090
1091   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1092     PHINode *PN;
1093     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1094          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1095       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1096       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1097       if (BB1V == BB2V)
1098         continue;
1099
1100       // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
1101       // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
1102       if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, PN) ||
1103           passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, PN))
1104        return Changed;
1105
1106       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V, DL))
1107         return Changed;
1108       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V, DL))
1109         return Changed;
1110     }
1111   }
1112
1113   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1114   Instruction *NT = I1->clone();
1115   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1116   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1117     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1118     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1119     NT->takeName(I1);
1120   }
1121
1122   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1123   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1124   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1125   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1126   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1127   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1128   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1129     PHINode *PN;
1130     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1131          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1132       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1133       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1134       if (BB1V == BB2V) continue;
1135
1136       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1137       // that determines the right value.
1138       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1139       if (!SI)
1140         SI = cast<SelectInst>
1141           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1142                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1143
1144       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1145       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1146         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1147           PN->setIncomingValue(i, SI);
1148     }
1149   }
1150
1151   // Update any PHI nodes in our new successors.
1152   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1153     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1154
1155   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1156   return true;
1157 }
1158
1159 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1160 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1161 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1162 /// in the two predecessors to BBEnd.
1163 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1164   assert(BI1->isUnconditional());
1165   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1166   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1167
1168   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1169   // an unconditional branch.
1170   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1171   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1172   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1173     return false;
1174   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1175   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1176     return false;
1177   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1178   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1179   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1180     return false;
1181
1182   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1183   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1184   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
1185   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1186        I != E; ++I) {
1187     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1188       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1189       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1190       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1191     } else {
1192       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1193       break;
1194     }
1195   }
1196   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1197     return false;
1198
1199
1200   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1201   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1202   // instructions in an identical order.
1203   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1204       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1205       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1206   // Skip debug info.
1207   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1208   if (RI1 == RE1)
1209     return false;
1210   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1211   if (RI2 == RE2)
1212     return false;
1213   // Skip the unconditional branches.
1214   ++RI1;
1215   ++RI2;
1216
1217   bool Changed = false;
1218   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1219     // Skip debug info.
1220     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1221     if (RI1 == RE1)
1222       return Changed;
1223     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1224     if (RI2 == RE2)
1225       return Changed;
1226
1227     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1228     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1229     // perform the same operation.
1230     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1231     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1232         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1233         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1234         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1235         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1236         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1237         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1238         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1239         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1240       return Changed;
1241
1242     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1243     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1244     bool SwapOpnds = false;
1245     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1246         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1247         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1248         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1249          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1250       ICmp2->swapOperands();
1251       SwapOpnds = true;
1252     }
1253     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1254       if (SwapOpnds)
1255         ICmp2->swapOperands();
1256       return Changed;
1257     }
1258
1259     // The operands should be either the same or they need to be generated
1260     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1261     // a single pair of different operands.
1262     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
1263     unsigned Op1Idx = 0;
1264     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1265       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1266         continue;
1267       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1268       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1269       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1270       if (DifferentOp1 ||
1271           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1272           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1273           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1274           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1275         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1276         if (SwapOpnds)
1277           ICmp2->swapOperands();
1278         return Changed;
1279       }
1280       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1281       Op1Idx = I;
1282       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1283     }
1284
1285     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1286     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1287     if (DifferentOp1) {
1288       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1289                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1290                                        BBEnd->begin());
1291       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1292       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1293       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1294       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1295       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1296       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1297     }
1298     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1299     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1300
1301     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1302     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1303     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1304     // instruction in the basic block down.
1305     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1306     // Sink the instruction.
1307     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1308     if (!OldPN->use_empty())
1309       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1310     OldPN->eraseFromParent();
1311
1312     if (!I2->use_empty())
1313       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1314     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1315     // TODO: Use combineMetadata here to preserve what metadata we can
1316     // (analogous to the hoisting case above).
1317     I2->eraseFromParent();
1318
1319     if (UpdateRE1)
1320       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1321     if (UpdateRE2)
1322       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1323     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1324     NumSinkCommons++;
1325     Changed = true;
1326   }
1327   return Changed;
1328 }
1329
1330 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1331 /// conditional block.
1332 ///
1333 /// We are looking for code like the following:
1334 ///   BrBB:
1335 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1336 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1337 ///     ... // function).
1338 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1339 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1340 ///   ThenBB:
1341 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1342 ///     br label EndBB
1343 ///   EndBB:
1344 ///     ...
1345 ///   We are going to transform this into:
1346 ///   BrBB:
1347 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1348 ///     ... //
1349 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1350 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1351 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1352 ///     ...
1353 ///
1354 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1355 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1356 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1357                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1358   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1359   if (!StoreToHoist)
1360     return nullptr;
1361
1362   // Volatile or atomic.
1363   if (!StoreToHoist->isSimple())
1364     return nullptr;
1365
1366   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1367
1368   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1369   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1370   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1371        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1372     Instruction *CurI = &*RI;
1373
1374     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1375     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1376       return nullptr;
1377
1378     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1379     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1380     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1381       // Found the previous store, return its value operand.
1382       return SI->getValueOperand();
1383     else if (SI)
1384       return nullptr; // Unknown store.
1385   }
1386
1387   return nullptr;
1388 }
1389
1390 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1391 ///
1392 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1393 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1394 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1395 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1396 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1397 ///
1398 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1399 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1400 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1401 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1402 ///
1403 ///
1404 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1405 /// \code
1406 ///   BB:
1407 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1408 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1409 ///   ThenBB:
1410 ///     %sub = sub %x, %y
1411 ///     br label BB2
1412 ///   EndBB:
1413 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1414 ///     ...
1415 /// \endcode
1416 ///
1417 /// Into this IR:
1418 /// \code
1419 ///   BB:
1420 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1421 ///     %sub = sub %x, %y
1422 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1423 ///     ...
1424 /// \endcode
1425 ///
1426 /// \returns true if the conditional block is removed.
1427 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1428                                    const DataLayout *DL) {
1429   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1430   Value *BrCond = BI->getCondition();
1431   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1432     return false;
1433
1434   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1435   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1436
1437   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1438   // to swap the select operands later.
1439   bool Invert = false;
1440   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1441     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1442     Invert = true;
1443   }
1444   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1445
1446   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1447   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1448   // - They are defined in BB, and
1449   // - They have no side effects, and
1450   // - All of their uses are in CondBB.
1451   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1452
1453   unsigned SpeculationCost = 0;
1454   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1455   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1456   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1457                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1458        BBI != BBE; ++BBI) {
1459     Instruction *I = BBI;
1460     // Skip debug info.
1461     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1462       continue;
1463
1464     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1465     // terminator) for now.
1466     ++SpeculationCost;
1467     if (SpeculationCost > 1)
1468       return false;
1469
1470     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1471     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
1472         !(HoistCondStores &&
1473           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1474                                                          EndBB))))
1475       return false;
1476     if (!SpeculatedStoreValue &&
1477         ComputeSpeculationCost(I, DL) > PHINodeFoldingThreshold)
1478       return false;
1479
1480     // Store the store speculation candidate.
1481     if (SpeculatedStoreValue)
1482       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1483
1484     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1485     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1486     // being sunk into the use block.
1487     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1488          i != e; ++i) {
1489       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1490       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1491           OpI->mayHaveSideEffects())
1492         continue; // Not a candidate for sinking.
1493
1494       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1495     }
1496   }
1497
1498   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1499   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1500   // and so iteration order isn't significant.
1501   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1502            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1503        I != E; ++I)
1504     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1505       ++SpeculationCost;
1506       if (SpeculationCost > 1)
1507         return false;
1508     }
1509
1510   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1511   bool HaveRewritablePHIs = false;
1512   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1513        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1514     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1515     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1516
1517     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1518     // Skip PHIs which are trivial.
1519     if (ThenV == OrigV)
1520       continue;
1521
1522     // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
1523     if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, PN) ||
1524         passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, PN))
1525       return false;
1526
1527     HaveRewritablePHIs = true;
1528     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1529     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1530     if (!OrigCE && !ThenCE)
1531       continue; // Known safe and cheap.
1532
1533     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE, DL)) ||
1534         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE, DL)))
1535       return false;
1536     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, DL) : 0;
1537     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, DL) : 0;
1538     if (OrigCost + ThenCost > 2 * PHINodeFoldingThreshold)
1539       return false;
1540
1541     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1542     // getting expanded into Instructions.
1543     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1544     // constant expression.
1545     ++SpeculationCost;
1546     if (SpeculationCost > 1)
1547       return false;
1548   }
1549
1550   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1551   // as well.
1552   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1553     return false;
1554
1555   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1556   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1557
1558   // Insert a select of the value of the speculated store.
1559   if (SpeculatedStoreValue) {
1560     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1561     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1562     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1563     if (Invert)
1564       std::swap(TrueV, FalseV);
1565     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1566                                     "." + FalseV->getName());
1567     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1568   }
1569
1570   // Hoist the instructions.
1571   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1572                            std::prev(ThenBB->end()));
1573
1574   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1575   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1576   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1577        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1578     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1579     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1580     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1581     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1582
1583     // Skip PHIs which are trivial.
1584     if (OrigV == ThenV)
1585       continue;
1586
1587     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1588     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1589     // destinations were inverted.
1590     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1591     if (Invert)
1592       std::swap(TrueV, FalseV);
1593     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1594                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1595     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1596     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1597   }
1598
1599   ++NumSpeculations;
1600   return true;
1601 }
1602
1603 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1604 /// attribute.
1605 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1606   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1607     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1608     if (!CI)
1609       continue;
1610     if (CI->cannotDuplicate())
1611       return true;
1612   }
1613   return false;
1614 }
1615
1616 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1617 /// across this block.
1618 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1619   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1620   unsigned Size = 0;
1621
1622   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1623     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1624       continue;
1625     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1626     ++Size;
1627
1628     // We can only support instructions that do not define values that are
1629     // live outside of the current basic block.
1630     for (User *U : BBI->users()) {
1631       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1632       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1633     }
1634
1635     // Looks ok, continue checking.
1636   }
1637
1638   return true;
1639 }
1640
1641 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1642 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1643 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1644 /// ultimate destination.
1645 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1646   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1647   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1648   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1649   // outside of the block.
1650   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1651     return false;
1652
1653   // Degenerate case of a single entry PHI.
1654   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1655     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1656     return true;
1657   }
1658
1659   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1660   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1661
1662   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1663
1664   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1665   // constants.
1666   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1667     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1668     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1669
1670     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1671     // branch to RealDest.
1672     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1673     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1674
1675     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1676     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1677     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1678
1679     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1680     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1681     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1682     // the edge we are about to create.
1683     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1684                                             RealDest->getName()+".critedge",
1685                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1686     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1687
1688     // Update PHI nodes.
1689     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1690
1691     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1692     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1693     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1694     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1695     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1696     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1697       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1698         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1699         continue;
1700       }
1701       // Clone the instruction.
1702       Instruction *N = BBI->clone();
1703       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1704
1705       // Update operands due to translation.
1706       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1707            i != e; ++i) {
1708         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1709         if (PI != TranslateMap.end())
1710           *i = PI->second;
1711       }
1712
1713       // Check for trivial simplification.
1714       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1715         TranslateMap[BBI] = V;
1716         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1717       } else {
1718         // Insert the new instruction into its new home.
1719         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1720         if (!BBI->use_empty())
1721           TranslateMap[BBI] = N;
1722       }
1723     }
1724
1725     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1726     // to EdgeBB instead.
1727     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1728     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1729       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1730         BB->removePredecessor(PredBB);
1731         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1732       }
1733
1734     // Recurse, simplifying any other constants.
1735     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1736   }
1737
1738   return false;
1739 }
1740
1741 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1742 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1743 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *DL) {
1744   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1745   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1746   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1747   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1748   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1749   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1750   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1751   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1752   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1753   if (!IfCond ||
1754       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1755       isa<ConstantInt>(IfCond))
1756     return false;
1757
1758   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1759   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1760   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1761   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1762   // fewer PHI nodes in this block.
1763   unsigned NumPhis = 0;
1764   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1765     if (NumPhis > 2)
1766       return false;
1767
1768   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1769   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1770   // that need to be moved to the dominating block.
1771   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1772   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1773            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1774
1775   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1776     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1777     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1778       PN->replaceAllUsesWith(V);
1779       PN->eraseFromParent();
1780       continue;
1781     }
1782
1783     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1784                              MaxCostVal0, DL) ||
1785         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1786                              MaxCostVal1, DL))
1787       return false;
1788   }
1789
1790   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1791   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1792   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1793   if (!PN) return true;
1794
1795   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1796   // often be turned into switches and other things.
1797   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1798       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1799        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1800        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1801     return false;
1802
1803   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1804   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1805   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1806   // worth promoting to select instructions.
1807   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
1808   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1809   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1810   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1811     IfBlock1 = nullptr;
1812   } else {
1813     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1814     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1815       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1816         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1817         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1818         // flow, so the xform is not worth it.
1819         return false;
1820       }
1821   }
1822
1823   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1824     IfBlock2 = nullptr;
1825   } else {
1826     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1827     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1828       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1829         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1830         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1831         // flow, so the xform is not worth it.
1832         return false;
1833       }
1834   }
1835
1836   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1837                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1838
1839   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1840   // do all of the PHI's now.
1841   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1842   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1843
1844   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1845   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1846   if (IfBlock1)
1847     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1848                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1849                                    IfBlock1->getTerminator());
1850   if (IfBlock2)
1851     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1852                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1853                                    IfBlock2->getTerminator());
1854
1855   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1856     // Change the PHI node into a select instruction.
1857     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1858     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1859
1860     SelectInst *NV =
1861       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1862     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1863     NV->takeName(PN);
1864     PN->eraseFromParent();
1865   }
1866
1867   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1868   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1869   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1870   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1871   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1872   Builder.CreateBr(BB);
1873   OldTI->eraseFromParent();
1874   return true;
1875 }
1876
1877 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1878 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1879 /// introducing a select if the return values disagree.
1880 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1881                                            IRBuilder<> &Builder) {
1882   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1883   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1884   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1885   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1886   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1887
1888   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1889   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1890   // computation on one path or the other.
1891   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1892     return false;
1893   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1894     return false;
1895
1896   Builder.SetInsertPoint(BI);
1897   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1898   // there is no return value for this function, just change the
1899   // branch into a return.
1900   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1901     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1902     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1903     Builder.CreateRetVoid();
1904     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1905     return true;
1906   }
1907
1908   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1909   // so we can insert a new select instruction.
1910   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1911   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1912
1913   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1914   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1915     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1916       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1917   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1918     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1919       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1920
1921   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1922   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1923   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1924   // constant expression that prevents this transformation from being
1925   // safe.
1926   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1927     if (TCV->canTrap())
1928       return false;
1929   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1930     if (FCV->canTrap())
1931       return false;
1932
1933   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1934   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1935   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1936   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1937
1938   // Insert select instructions where needed.
1939   Value *BrCond = BI->getCondition();
1940   if (TrueValue) {
1941     // Insert a select if the results differ.
1942     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1943     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1944       TrueValue = FalseValue;
1945     } else {
1946       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1947                                        FalseValue, "retval");
1948     }
1949   }
1950
1951   Value *RI = !TrueValue ?
1952     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1953
1954   (void) RI;
1955
1956   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1957                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1958                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1959
1960   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1961
1962   return true;
1963 }
1964
1965 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1966 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1967 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1968 /// found.
1969 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1970                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1971   assert(BI->isConditional() &&
1972          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1973   MDNode *ProfileData = BI->getMDNode(LLVMContext::MD_prof);
1974   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1975   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1976   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1977   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1978   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1979   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1980   return true;
1981 }
1982
1983 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1984 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1985 ///
1986 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1987   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1988     return false;
1989   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1990     Instruction *PBI = &*I;
1991     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1992     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1993       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1994       Inst->eraseFromParent();
1995       return true;
1996     }
1997   }
1998   return false;
1999 }
2000
2001 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
2002 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
2003 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
2004 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2005                                   unsigned BonusInstThreshold) {
2006   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2007
2008   Instruction *Cond = nullptr;
2009   if (BI->isConditional())
2010     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2011   else {
2012     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2013     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2014     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2015     // predecessor.
2016     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2017       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2018         if (PBI->isConditional() &&
2019             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2020              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2021           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2022                I != E; ) {
2023             Instruction *Curr = I++;
2024             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2025               Cond = Curr;
2026               break;
2027             }
2028             // Quit if we can't remove this instruction.
2029             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2030               return false;
2031           }
2032         }
2033
2034     if (!Cond)
2035       return false;
2036   }
2037
2038   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2039       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2040   return false;
2041
2042   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2043   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2044
2045   // Ignore dbg intrinsics.
2046   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2047
2048   if (&*CondIt != BI)
2049     return false;
2050
2051   // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
2052   // too many instructions and these involved instructions can be executed
2053   // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
2054   // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
2055   // number of the bonus instructions does not exceed a certain threshold.
2056   unsigned NumBonusInsts = 0;
2057   for (auto I = BB->begin(); Cond != I; ++I) {
2058     // Ignore dbg intrinsics.
2059     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2060       continue;
2061     if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
2062       return false;
2063     // I has only one use and can be executed unconditionally.
2064     Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
2065     if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
2066       return false;
2067     // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
2068     // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
2069     // and Cond.
2070     ++NumBonusInsts;
2071     // Early exits once we reach the limit.
2072     if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
2073       return false;
2074   }
2075
2076   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2077   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2078   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2079     if (CE->canTrap())
2080       return false;
2081   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2082     if (CE->canTrap())
2083       return false;
2084
2085   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2086   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2087   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2088   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2089     return false;
2090
2091   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2092     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2093     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2094
2095     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2096     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2097     // blocks.
2098     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2099     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2100         (BI->isConditional() &&
2101          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2102         (!BI->isConditional() &&
2103          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2104       continue;
2105
2106     // Determine if the two branches share a common destination.
2107     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2108     bool InvertPredCond = false;
2109
2110     if (BI->isConditional()) {
2111       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2112         Opc = Instruction::Or;
2113       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2114         Opc = Instruction::And;
2115       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2116         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2117       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2118         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2119       else
2120         continue;
2121     } else {
2122       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2123         continue;
2124     }
2125
2126     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2127     IRBuilder<> Builder(PBI);
2128
2129     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2130     if (InvertPredCond) {
2131       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2132
2133       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2134         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2135         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2136       } else {
2137         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2138                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2139       }
2140
2141       PBI->setCondition(NewCond);
2142       PBI->swapSuccessors();
2143     }
2144
2145     // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
2146     // Note that there may be mutliple predecessor blocks, so we cannot move
2147     // bonus instructions to a predecessor block.
2148     ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
2149     // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
2150     // every instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
2151     // instructions.
2152     for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != BonusInst; ++BonusInst) {
2153       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
2154         continue;
2155       Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
2156       RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
2157                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2158       VMap[BonusInst] = NewBonusInst;
2159
2160       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2161       // its potential value. The previous information might have been valid
2162       // only given the branch precondition.
2163       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2164       // semantics we don't understand.
2165       NewBonusInst->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
2166
2167       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonusInst);
2168       NewBonusInst->takeName(BonusInst);
2169       BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
2170     }
2171
2172     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2173     // two conditions together.
2174     Instruction *New = Cond->clone();
2175     RemapInstruction(New, VMap,
2176                      RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2177     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2178     New->takeName(Cond);
2179     Cond->setName(New->getName() + ".old");
2180
2181     if (BI->isConditional()) {
2182       Instruction *NewCond =
2183         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2184                                             New, "or.cond"));
2185       PBI->setCondition(NewCond);
2186
2187       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2188       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2189                                                   PredFalseWeight);
2190       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2191                                                   SuccFalseWeight);
2192       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2193
2194       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2195         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2196           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2197           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2198           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2199           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2200           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2201           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2202           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2203           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2204           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2205                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2206         }
2207         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2208         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2209       }
2210       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2211         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2212           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2213           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2214           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2215           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2216           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2217               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2218           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2219           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2220         }
2221         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2222         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2223       }
2224       if (NewWeights.size() == 2) {
2225         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2226         FitWeights(NewWeights);
2227
2228         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2229         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2230                          MDBuilder(BI->getContext()).
2231                          createBranchWeights(MDWeights));
2232       } else
2233         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2234     } else {
2235       // Update PHI nodes in the common successors.
2236       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2237         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2238           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2239         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2240         Instruction *MergedCond = nullptr;
2241         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2242           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2243           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2244           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2245           Instruction *NotCond =
2246             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2247                                 "not.cond"));
2248           MergedCond =
2249             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2250                                 NotCond, New,
2251                                 "and.cond"));
2252           if (PBI_C->isOne())
2253             MergedCond =
2254               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2255                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2256                                   "or.cond"));
2257         } else {
2258           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2259           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2260           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2261           MergedCond =
2262             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2263                                 PBI->getCondition(), New,
2264                                 "and.cond"));
2265           if (PBI_C->isOne()) {
2266             Instruction *NotCond =
2267               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2268                                   "not.cond"));
2269             MergedCond =
2270               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2271                                   NotCond, MergedCond,
2272                                   "or.cond"));
2273           }
2274         }
2275         // Update PHI Node.
2276         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2277                                   MergedCond);
2278       }
2279       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2280       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2281       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2282       PBI = New_PBI;
2283     }
2284
2285     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2286     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2287
2288     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2289     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2290       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2291         I->clone()->insertBefore(PBI);
2292
2293     return true;
2294   }
2295   return false;
2296 }
2297
2298 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2299 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2300 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2301 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2302 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2303   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2304   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2305
2306   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2307   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2308   // this conditional branch redundant.
2309   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2310       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2311     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2312     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2313     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2314       // Turn this into a branch on constant.
2315       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2316       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2317                                         CondIsTrue));
2318       return true;  // Nuke the branch on constant.
2319     }
2320
2321     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2322     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2323     // simplifycfg will thread the block.
2324     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2325       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2326       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2327                                        std::distance(PB, PE),
2328                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2329                                        BB->begin());
2330       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2331       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2332       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2333       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2334         BasicBlock *P = *PI;
2335         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2336             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2337             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2338             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2339           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2340           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2341                                               CondIsTrue), P);
2342         } else {
2343           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2344         }
2345       }
2346
2347       BI->setCondition(NewPN);
2348       return true;
2349     }
2350   }
2351
2352   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2353   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
2354   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2355   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2356   // Ignore dbg intrinsics.
2357   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2358     ++BBI;
2359   if (&*BBI != BI)
2360     return false;
2361
2362
2363   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2364     if (CE->canTrap())
2365       return false;
2366
2367   int PBIOp, BIOp;
2368   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2369     PBIOp = BIOp = 0;
2370   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2371     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2372   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2373     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2374   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2375     PBIOp = BIOp = 1;
2376   else
2377     return false;
2378
2379   // Check to make sure that the other destination of this branch
2380   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2381   // keep getting unwound.
2382   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2383     return false;
2384
2385   // Do not perform this transformation if it would require
2386   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2387   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2388
2389   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
2390   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
2391   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
2392
2393   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2394   unsigned NumPhis = 0;
2395   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2396        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis) {
2397     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2398       return false;
2399
2400     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
2401     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2402     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
2403       if (CE->canTrap())
2404         return false;
2405
2406     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2407     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2408     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
2409       if (CE->canTrap())
2410         return false;
2411   }
2412
2413   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2414   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2415
2416   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2417                << "AND: " << *BI->getParent());
2418
2419
2420   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2421   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2422   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2423   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2424   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2425   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2426   // infinite loop with no cond branch.
2427   if (OtherDest == BB) {
2428     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2429     // or it won't matter if it's hot. :)
2430     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2431                                                   "infloop", BB->getParent());
2432     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2433     OtherDest = InfLoopBlock;
2434   }
2435
2436   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2437
2438   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2439   // it alone, but modify PBI.
2440
2441   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2442   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2443   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2444   if (PBIOp)
2445     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2446
2447   Value *BICond = BI->getCondition();
2448   if (BIOp)
2449     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2450
2451   // Merge the conditions.
2452   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2453
2454   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2455   PBI->setCondition(Cond);
2456   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2457   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2458
2459   // Update branch weight for PBI.
2460   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2461   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2462                                               PredFalseWeight);
2463   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2464                                               SuccFalseWeight);
2465   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2466     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2467     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2468     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2469     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2470     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2471     //                                    PredOther * SuccCommon.
2472     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2473     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2474     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2475                          PredOther * SuccCommon);
2476     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2477     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2478     FitWeights(NewWeights);
2479
2480     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2481     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2482                      MDBuilder(BI->getContext()).
2483                      createBranchWeights(MDWeights));
2484   }
2485
2486   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2487   // block that are identical to the entries for BI's block.
2488   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2489
2490   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2491   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2492   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2493   // them agree.
2494   PHINode *PN;
2495   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2496        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2497     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2498     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2499     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2500     if (BIV != PBIV) {
2501       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2502       Value *NV = cast<SelectInst>
2503         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2504       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2505     }
2506   }
2507
2508   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2509   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2510
2511   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2512   // one fewer predecessor.
2513   return true;
2514 }
2515
2516 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2517 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2518 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2519 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2520 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2521 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2522                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2523                                        uint32_t TrueWeight,
2524                                        uint32_t FalseWeight){
2525   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2526   // First, figure out which successors to preserve.
2527   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2528   // successor.
2529   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2530   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
2531
2532   // Then remove the rest.
2533   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2534     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2535     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2536     if (Succ == KeepEdge1)
2537       KeepEdge1 = nullptr;
2538     else if (Succ == KeepEdge2)
2539       KeepEdge2 = nullptr;
2540     else
2541       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2542   }
2543
2544   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2545   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2546
2547   // Insert an appropriate new terminator.
2548   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
2549     if (TrueBB == FalseBB)
2550       // We were only looking for one successor, and it was present.
2551       // Create an unconditional branch to it.
2552       Builder.CreateBr(TrueBB);
2553     else {
2554       // We found both of the successors we were looking for.
2555       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2556       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2557       if (TrueWeight != FalseWeight)
2558         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2559                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2560                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2561     }
2562   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2563     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2564     // terminator must be unreachable.
2565     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2566   } else {
2567     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2568     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2569     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2570     if (!KeepEdge1)
2571       // Only TrueBB was found.
2572       Builder.CreateBr(TrueBB);
2573     else
2574       // Only FalseBB was found.
2575       Builder.CreateBr(FalseBB);
2576   }
2577
2578   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2579   return true;
2580 }
2581
2582 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2583 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2584 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2585 // unconditional otherwise.
2586 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2587   // Check for constant integer values in the select.
2588   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2589   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2590   if (!TrueVal || !FalseVal)
2591     return false;
2592
2593   // Find the relevant condition and destinations.
2594   Value *Condition = Select->getCondition();
2595   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2596   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2597
2598   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2599   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2600   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2601   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2602   if (HasWeights) {
2603     GetBranchWeights(SI, Weights);
2604     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2605       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2606                                      getSuccessorIndex()];
2607       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2608                                       getSuccessorIndex()];
2609     }
2610   }
2611
2612   // Perform the actual simplification.
2613   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2614                                     TrueWeight, FalseWeight);
2615 }
2616
2617 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2618 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2619 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2620 // with
2621 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2622 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2623   // Check that both operands of the select are block addresses.
2624   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2625   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2626   if (!TBA || !FBA)
2627     return false;
2628
2629   // Extract the actual blocks.
2630   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2631   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2632
2633   // Perform the actual simplification.
2634   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2635                                     0, 0);
2636 }
2637
2638 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2639 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2640 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2641 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2642 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2643 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2644 /// like:
2645 ///
2646 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2647 /// DEFAULT:
2648 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2649 ///   br label %end
2650 /// end:
2651 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2652 ///
2653 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2654 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2655 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2656     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2657     unsigned BonusInstThreshold, const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT) {
2658   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2659
2660   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2661   // complex.
2662   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2663
2664   Value *V = ICI->getOperand(0);
2665   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2666
2667   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2668   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2669   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2670   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2671   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2672
2673   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2674   if (SI->getCondition() != V)
2675     return false;
2676
2677   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2678   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2679   // away.
2680   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2681     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2682     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2683     ICI->setOperand(0, VVal);
2684
2685     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
2686       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2687       ICI->eraseFromParent();
2688     }
2689     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2690     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
2691   }
2692
2693   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2694   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2695   // and zap it.
2696   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2697     Value *V;
2698     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2699       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2700     else
2701       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2702
2703     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2704     ICI->eraseFromParent();
2705     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2706     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
2707   }
2708
2709   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2710   // the block.
2711   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2712   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
2713   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2714       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2715     return false;
2716
2717   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2718   // true in the PHI.
2719   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2720   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2721
2722   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2723     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2724
2725   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2726   // false depending on if it is EQ or NE.
2727   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2728   ICI->eraseFromParent();
2729
2730   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2731   // the switch to the merge point on the compared value.
2732   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2733                                          BB->getParent(), BB);
2734   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2735   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2736   if (HasWeights) {
2737     GetBranchWeights(SI, Weights);
2738     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2739       // Split weight for default case to case for "Cst".
2740       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2741       Weights.push_back(Weights[0]);
2742
2743       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2744       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2745                       MDBuilder(SI->getContext()).
2746                       createBranchWeights(MDWeights));
2747     }
2748   }
2749   SI->addCase(Cst, NewBB);
2750
2751   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2752   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2753   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2754   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2755   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2756   return true;
2757 }
2758
2759 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2760 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2761 /// fold it into a switch instruction if so.
2762 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2763                                       IRBuilder<> &Builder) {
2764   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2765   if (!Cond) return false;
2766
2767
2768   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2769   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2770   // 'setne's and'ed together, collect them.
2771   Value *CompVal = nullptr;
2772   std::vector<ConstantInt*> Values;
2773   bool TrueWhenEqual = true;
2774   Value *ExtraCase = nullptr;
2775   unsigned UsedICmps = 0;
2776
2777   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2778     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, DL, true,
2779                                      UsedICmps);
2780   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2781     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, DL, false,
2782                                      UsedICmps);
2783     TrueWhenEqual = false;
2784   }
2785
2786   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2787   if (!CompVal) return false;
2788
2789   // Avoid turning single icmps into a switch.
2790   if (UsedICmps <= 1)
2791     return false;
2792
2793   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2794   // instruction can't handle, remove them now.
2795   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2796   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2797
2798   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2799   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2800   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2801
2802   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2803   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2804
2805   // Figure out which block is which destination.
2806   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2807   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2808   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2809
2810   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2811
2812   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2813                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2814
2815   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2816   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2817   // right before the condbr to handle it.
2818   if (ExtraCase) {
2819     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2820     // Remove the uncond branch added to the old block.
2821     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2822     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2823
2824     if (TrueWhenEqual)
2825       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2826     else
2827       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2828
2829     OldTI->eraseFromParent();
2830
2831     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2832     // for the edge we just added.
2833     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2834
2835     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2836           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2837     BB = NewBB;
2838   }
2839
2840   Builder.SetInsertPoint(BI);
2841   // Convert pointer to int before we switch.
2842   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2843     assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2844     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2845                                      DL->getIntPtrType(CompVal->getType()),
2846                                      "magicptr");
2847   }
2848
2849   // Create the new switch instruction now.
2850   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2851
2852   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2853   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2854     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2855
2856   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2857   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2858   // the number of edges added.
2859   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2860        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2861     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2862     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2863     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2864       PN->addIncoming(InVal, BB);
2865   }
2866
2867   // Erase the old branch instruction.
2868   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2869
2870   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2871   return true;
2872 }
2873
2874 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2875   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2876   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2877   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2878   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2879   if (RI->getValue() != LPInst)
2880     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2881     // caused control to branch here.
2882     return false;
2883
2884   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2885   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2886   while (++I != E)
2887     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2888       return false;
2889
2890   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2891   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2892   bool Changed = false;
2893   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2894     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2895
2896     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2897       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2898       // the table.
2899       InvokeRequiresTableEntry = true;
2900       continue;
2901     }
2902
2903     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2904
2905     // Insert a call instruction before the invoke.
2906     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2907     Call->takeName(II);
2908     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2909     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2910     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2911
2912     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2913     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2914     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2915     // updated.
2916     II->replaceAllUsesWith(Call);
2917     BB->removePredecessor(II->getParent());
2918
2919     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2920     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2921
2922     // Finally, delete the invoke instruction!
2923     II->eraseFromParent();
2924     Changed = true;
2925   }
2926
2927   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2928     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2929     BB->eraseFromParent();
2930
2931   return Changed;
2932 }
2933
2934 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2935   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2936   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2937
2938   // Find predecessors that end with branches.
2939   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2940   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2941   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2942     BasicBlock *P = *PI;
2943     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2944     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2945       if (BI->isUnconditional())
2946         UncondBranchPreds.push_back(P);
2947       else
2948         CondBranchPreds.push_back(BI);
2949     }
2950   }
2951
2952   // If we found some, do the transformation!
2953   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2954     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2955       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2956       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2957             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2958       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2959     }
2960
2961     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2962     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2963       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2964       BB->eraseFromParent();
2965
2966     return true;
2967   }
2968
2969   // Check out all of the conditional branches going to this return
2970   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2971   // branch itself into a select/return pair.
2972   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2973     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2974
2975     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2976     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2977         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2978         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2979       return true;
2980   }
2981   return false;
2982 }
2983
2984 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2985   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2986
2987   bool Changed = false;
2988
2989   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2990   // be removed, do so.
2991   while (UI != BB->begin()) {
2992     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2993     --BBI;
2994     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2995     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2996     // operations may have this effect.
2997     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2998
2999     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3000       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3001         if (SI->isVolatile())
3002           break;
3003       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3004         if (LI->isVolatile())
3005           break;
3006       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3007         if (RMWI->isVolatile())
3008           break;
3009       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3010         if (CXI->isVolatile())
3011           break;
3012       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3013                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3014         break;
3015       }
3016       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3017       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3018       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3019       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3020     }
3021
3022     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3023     if (!BBI->use_empty())
3024       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3025     BBI->eraseFromParent();
3026     Changed = true;
3027   }
3028
3029   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3030   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3031   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3032
3033   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3034   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3035     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3036     IRBuilder<> Builder(TI);
3037     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3038       if (BI->isUnconditional()) {
3039         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3040           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3041           TI->eraseFromParent();
3042           Changed = true;
3043         }
3044       } else {
3045         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3046           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3047           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3048         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3049           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3050           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3051           Changed = true;
3052         }
3053       }
3054     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3055       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3056            i != e; ++i)
3057         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3058           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3059           SI->removeCase(i);
3060           --i; --e;
3061           Changed = true;
3062         }
3063       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3064       // destination and make it the default.
3065       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3066         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3067         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3068              i != e; ++i) {
3069           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3070               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3071           if (entry.first == 0) {
3072             entry.first = 1;
3073             entry.second = i.getCaseIndex();
3074           } else {
3075             entry.first++;
3076           }
3077         }
3078
3079         // Find the most popular block.
3080         unsigned MaxPop = 0;
3081         unsigned MaxIndex = 0;
3082         BasicBlock *MaxBlock = nullptr;
3083         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3084              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3085           if (I->second.first > MaxPop ||
3086               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3087             MaxPop = I->second.first;
3088             MaxIndex = I->second.second;
3089             MaxBlock = I->first;
3090           }
3091         }
3092         if (MaxBlock) {
3093           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3094           // edges to it.
3095           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3096           Changed = true;
3097
3098           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3099           // it.
3100           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3101             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3102               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3103
3104           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3105                i != e; ++i)
3106             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3107               SI->removeCase(i);
3108               --i; --e;
3109             }
3110         }
3111       }
3112     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3113       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3114         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3115         // place to note that the call does not throw though.
3116         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3117         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3118
3119         // Insert the call now...
3120         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3121         Builder.SetInsertPoint(BI);
3122         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3123                                           Args, II->getName());
3124         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3125         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3126         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3127         II->replaceAllUsesWith(CI);
3128         delete II;
3129         Changed = true;
3130       }
3131     }
3132   }
3133
3134   // If this block is now dead, remove it.
3135   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3136       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3137     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3138     BB->eraseFromParent();
3139     return true;
3140   }
3141
3142   return Changed;
3143 }
3144
3145 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3146 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3147 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3148   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3149
3150   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3151   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3152   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3153   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3154   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3155   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3156     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3157       return false;
3158     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3159   }
3160   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3161
3162   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3163   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3164   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3165     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3166       return false;
3167   }
3168
3169   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3170   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3171
3172   Value *Sub = SI->getCondition();
3173   if (!Offset->isNullValue())
3174     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3175   Value *Cmp;
3176   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3177   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3178     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3179   else
3180     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3181   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3182       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3183
3184   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3185   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3186   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3187   if (HasWeights) {
3188     GetBranchWeights(SI, Weights);
3189     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3190       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3191       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3192       // bits.
3193       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3194       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3195         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3196       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3197                          MDBuilder(SI->getContext()).
3198                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3199                                              (uint32_t)Weights[0]));
3200     }
3201   }
3202
3203   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3204   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3205        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3206     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3207       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3208   }
3209   SI->eraseFromParent();
3210
3211   return true;
3212 }
3213
3214 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3215 /// and use it to remove dead cases.
3216 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, const DataLayout *DL,
3217                                      AssumptionTracker *AT) {
3218   Value *Cond = SI->getCondition();
3219   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3220   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3221   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AT, SI);
3222
3223   // Gather dead cases.
3224   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3225   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3226     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3227         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3228       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3229       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3230                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3231     }
3232   }
3233
3234   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3235   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3236   if (HasWeight) {
3237     GetBranchWeights(SI, Weights);
3238     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3239   }
3240
3241   // Remove dead cases from the switch.
3242   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3243     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3244     assert(Case != SI->case_default() &&
3245            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3246     if (HasWeight) {
3247       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3248       Weights.pop_back();
3249     }
3250
3251     // Prune unused values from PHI nodes.
3252     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3253     SI->removeCase(Case);
3254   }
3255   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3256     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3257     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3258                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3259                     createBranchWeights(MDWeights));
3260   }
3261
3262   return !DeadCases.empty();
3263 }
3264
3265 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3266 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3267 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3268 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3269 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3270 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3271                                               BasicBlock *BB,
3272                                               int *PhiIndex) {
3273   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3274     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3275   if (!BB->getSinglePredecessor())
3276     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
3277
3278   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3279   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3280     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
3281
3282   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3283
3284   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3285   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3286     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3287     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3288
3289     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3290     if (InValue != CaseValue) continue;
3291
3292     *PhiIndex = Idx;
3293     return PHI;
3294   }
3295
3296   return nullptr;
3297 }
3298
3299 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3300 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3301 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3302 /// Returns true if a change is made.
3303 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3304   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3305   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3306
3307   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3308     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3309     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3310
3311     int PhiIndex;
3312     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3313                                                  &PhiIndex);
3314     if (!PHI) continue;
3315
3316     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3317   }
3318
3319   bool Changed = false;
3320
3321   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3322        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3323     PHINode *Phi = I->first;
3324     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3325
3326     if (Indexes.size() < 2) continue;
3327
3328     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3329       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3330     Changed = true;
3331   }
3332
3333   return Changed;
3334 }
3335
3336 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3337 /// initializing an array of constants like C.
3338 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3339   if (C->isThreadDependent())
3340     return false;
3341   if (C->isDLLImportDependent())
3342     return false;
3343
3344   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3345     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3346
3347   return isa<ConstantFP>(C) ||
3348       isa<ConstantInt>(C) ||
3349       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3350       isa<GlobalValue>(C) ||
3351       isa<UndefValue>(C);
3352 }
3353
3354 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3355 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3356 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3357                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3358   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3359     return C;
3360   return ConstantPool.lookup(V);
3361 }
3362
3363 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3364 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3365 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3366 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3367 static Constant *
3368 ConstantFold(Instruction *I,
3369              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool,
3370              const DataLayout *DL) {
3371   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3372     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3373     if (!A)
3374       return nullptr;
3375     if (A->isAllOnesValue())
3376       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3377     if (A->isNullValue())
3378       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3379     return nullptr;
3380   }
3381
3382   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3383   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3384     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3385       COps.push_back(A);
3386     else
3387       return nullptr;
3388   }
3389
3390   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I))
3391     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3392                                            COps[1], DL);
3393
3394   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3395 }
3396
3397 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3398 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3399 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3400 /// case), of a switch instruction SI.
3401 static bool
3402 GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3403                ConstantInt *CaseVal,
3404                BasicBlock *CaseDest,
3405                BasicBlock **CommonDest,
3406                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *> > &Res,
3407                const DataLayout *DL) {
3408   // The block from which we enter the common destination.
3409   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3410
3411   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3412   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3413   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3414   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3415   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3416        ++I) {
3417     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3418       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3419       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3420         return false;
3421       Pred = CaseDest;
3422       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3423     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3424       // Skip debug intrinsic.
3425       continue;
3426     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool, DL)) {
3427       // Instruction is side-effect free and constant.
3428       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3429     } else {
3430       break;
3431     }
3432   }
3433
3434   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3435   if (!*CommonDest)
3436     *CommonDest = CaseDest;
3437   // If the destination isn't the common one, abort.
3438   if (CaseDest != *CommonDest)
3439     return false;
3440
3441   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3442   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3443   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3444     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3445     if (Idx == -1)
3446       continue;
3447
3448     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3449                                         ConstantPool);
3450     if (!ConstVal)
3451       return false;
3452
3453     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3454     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3455     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3456     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3457     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3458
3459     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3460     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3461       return false;
3462
3463     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3464   }
3465
3466   return Res.size() > 0;
3467 }
3468
3469 // MapCaseToResult - Helper function used to
3470 // add CaseVal to the list of cases that generate Result.
3471 static void MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
3472     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3473     Constant *Result) {
3474   for (auto &I : UniqueResults) {
3475     if (I.first == Result) {
3476       I.second.push_back(CaseVal);
3477       return;
3478     }
3479   }
3480   UniqueResults.push_back(std::make_pair(Result,
3481         SmallVector<ConstantInt*, 4>(1, CaseVal)));
3482 }
3483
3484 // InitializeUniqueCases - Helper function that initializes a map containing
3485 // results for the PHI node of the common destination block for a switch
3486 // instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
3487 // there is not a common destination block for the switch.
3488 static bool InitializeUniqueCases(
3489     SwitchInst *SI, const DataLayout *DL, PHINode *&PHI,
3490     BasicBlock *&CommonDest,
3491     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3492     Constant *&DefaultResult) {
3493   for (auto &I : SI->cases()) {
3494     ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
3495
3496     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3497     SwitchCaseResultsTy Results;
3498     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
3499                         DL))
3500       return false;
3501
3502     // Only one value per case is permitted
3503     if (Results.size() > 1)
3504       return false;
3505     MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
3506
3507     // Check the PHI consistency.
3508     if (!PHI)
3509       PHI = Results[0].first;
3510     else if (PHI != Results[0].first)
3511       return false;
3512   }
3513   // Find the default result value.
3514   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
3515   BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
3516   GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
3517                  DL);
3518   // If the default value is not found abort unless the default destination
3519   // is unreachable.
3520   DefaultResult =
3521       DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
3522   if ((!DefaultResult &&
3523         !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
3524     return false;
3525
3526   return true;
3527 }
3528
3529 // ConvertTwoCaseSwitch - Helper function that checks if it is possible to
3530 // transform a switch with only two cases (or two cases + default)
3531 // that produces a result into a value select.
3532 // Example:
3533 // switch (a) {
3534 //   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
3535 //     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
3536 //   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
3537 //     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
3538 //   default:
3539 //     return 4;
3540 // }
3541 static Value *
3542 ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
3543                      Constant *DefaultResult, Value *Condition,
3544                      IRBuilder<> &Builder) {
3545   assert(ResultVector.size() == 2 &&
3546       "We should have exactly two unique results at this point");
3547   // If we are selecting between only two cases transform into a simple
3548   // select or a two-way select if default is possible.
3549   if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
3550       ResultVector[1].second.size() == 1) {
3551     ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
3552     ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
3553
3554     bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
3555     Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
3556     if (DefaultCanTrigger) {
3557       Value *const ValueCompare =
3558           Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
3559       SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
3560                                          DefaultResult, "switch.select");
3561     }
3562     Value *const ValueCompare =
3563         Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
3564     return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first, SelectValue,
3565                                 "switch.select");
3566   }
3567
3568   return nullptr;
3569 }
3570
3571 // RemoveSwitchAfterSelectConversion - Helper function to cleanup a switch
3572 // instruction that has been converted into a select, fixing up PHI nodes and
3573 // basic blocks.
3574 static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
3575                                               Value *SelectValue,
3576                                               IRBuilder<> &Builder) {
3577   BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
3578   while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
3579     PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
3580   PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
3581
3582   Builder.CreateBr(PHI->getParent());
3583
3584   // Remove the switch.
3585   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3586     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3587
3588     if (Succ == PHI->getParent())
3589       continue;
3590     Succ->removePredecessor(SelectBB);
3591   }
3592   SI->eraseFromParent();
3593 }
3594
3595 /// SwitchToSelect - If the switch is only used to initialize one or more
3596 /// phi nodes in a common successor block with only two different
3597 /// constant values, replace the switch with select.
3598 static bool SwitchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
3599                            const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT) {
3600   Value *const Cond = SI->getCondition();
3601   PHINode *PHI = nullptr;
3602   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
3603   Constant *DefaultResult;
3604   SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
3605   // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
3606   if (!InitializeUniqueCases(SI, DL, PHI, CommonDest, UniqueResults,
3607                              DefaultResult))
3608     return false;
3609   // Selects choose between maximum two values.
3610   if (UniqueResults.size() != 2)
3611     return false;
3612   assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
3613
3614   Builder.SetInsertPoint(SI);
3615   Value *SelectValue = ConvertTwoCaseSwitch(
3616       UniqueResults,
3617       DefaultResult, Cond, Builder);
3618   if (SelectValue) {
3619     RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
3620     return true;
3621   }
3622   // The switch couldn't be converted into a select.
3623   return false;
3624 }
3625
3626 namespace {
3627   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3628   /// to replace a switch.
3629   class SwitchLookupTable {
3630   public:
3631     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3632     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3633     /// table.
3634     SwitchLookupTable(Module &M,
3635                       uint64_t TableSize,
3636                       ConstantInt *Offset,
3637              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3638                       Constant *DefaultValue,
3639                       const DataLayout *DL);
3640
3641     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3642     /// the position given by Index in the lookup table.
3643     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3644
3645     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3646     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3647     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3648                                    uint64_t TableSize,
3649                                    const Type *ElementType);
3650
3651   private:
3652     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3653     // different ways.
3654     enum {
3655       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3656       // store that single value and return it for each lookup.
3657       SingleValueKind,
3658
3659       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3660       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3661       // shift and mask operations.
3662       BitMapKind,
3663
3664       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3665       // instructions from the table.
3666       ArrayKind
3667     } Kind;
3668
3669     // For SingleValueKind, this is the single value.
3670     Constant *SingleValue;
3671
3672     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3673     ConstantInt *BitMap;
3674     IntegerType *BitMapElementTy;
3675
3676     // For ArrayKind, this is the array.
3677     GlobalVariable *Array;
3678   };
3679 }
3680
3681 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3682                                      uint64_t TableSize,
3683                                      ConstantInt *Offset,
3684              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3685                                      Constant *DefaultValue,
3686                                      const DataLayout *DL)
3687     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
3688       Array(nullptr) {
3689   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3690   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3691
3692   // If all values in the table are equal, this is that value.
3693   SingleValue = Values.begin()->second;
3694
3695   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
3696
3697   // Build up the table contents.
3698   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3699   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3700     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3701     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3702     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
3703
3704     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3705                    .getLimitedValue();
3706     TableContents[Idx] = CaseRes;
3707
3708     if (CaseRes != SingleValue)
3709       SingleValue = nullptr;
3710   }
3711
3712   // Fill in any holes in the table with the default result.
3713   if (Values.size() < TableSize) {
3714     assert(DefaultValue &&
3715            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
3716     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
3717     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3718       if (!TableContents[I])
3719         TableContents[I] = DefaultValue;
3720     }
3721
3722     if (DefaultValue != SingleValue)
3723       SingleValue = nullptr;
3724   }
3725
3726   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3727   // that single value.
3728   if (SingleValue) {
3729     Kind = SingleValueKind;
3730     return;
3731   }
3732
3733   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3734   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
3735     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
3736     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3737     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3738       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3739       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3740       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3741         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3742         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3743       }
3744     }
3745     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3746     BitMapElementTy = IT;
3747     Kind = BitMapKind;
3748     ++NumBitMaps;
3749     return;
3750   }
3751
3752   // Store the table in an array.
3753   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
3754   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3755
3756   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3757                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3758                              Initializer,
3759                              "switch.table");
3760   Array->setUnnamedAddr(true);
3761   Kind = ArrayKind;
3762 }
3763
3764 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3765   switch (Kind) {
3766     case SingleValueKind:
3767       return SingleValue;
3768     case BitMapKind: {
3769       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3770       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3771
3772       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3773       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3774       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3775       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3776
3777       // Multiply the shift amount by the element width.
3778       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3779                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3780                                    "switch.shiftamt");
3781
3782       // Shift down.
3783       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3784                                               "switch.downshift");
3785       // Mask off.
3786       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3787                                  "switch.masked");
3788     }
3789     case ArrayKind: {
3790       // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
3791       IntegerType *IT = cast<IntegerType>(Index->getType());
3792       uint64_t TableSize = Array->getInitializer()->getType()
3793                                 ->getArrayNumElements();
3794       if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
3795         Index = Builder.CreateZExt(Index,
3796                                    IntegerType::get(IT->getContext(),
3797                                                     IT->getBitWidth() + 1),
3798                                    "switch.tableidx.zext");
3799
3800       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3801       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3802                                              "switch.gep");
3803       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3804     }
3805   }
3806   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3807 }
3808
3809 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3810                                            uint64_t TableSize,
3811                                            const Type *ElementType) {
3812   if (!DL)
3813     return false;
3814   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3815   if (!IT)
3816     return false;
3817   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3818   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3819
3820   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3821   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3822     return false;
3823   return DL->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3824 }
3825
3826 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3827 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3828 /// types of the results.
3829 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3830                                    uint64_t TableSize,
3831                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3832                                    const DataLayout *DL,
3833                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3834   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3835     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3836
3837   bool AllTablesFitInRegister = true;
3838   bool HasIllegalType = false;
3839   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3840        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3841     Type *Ty = I->second;
3842
3843     // Saturate this flag to true.
3844     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3845
3846     // Saturate this flag to false.
3847     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3848       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
3849
3850     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3851     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3852     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3853     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3854       break;
3855   }
3856
3857   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3858   if (AllTablesFitInRegister)
3859     return true;
3860
3861   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3862   if (HasIllegalType)
3863     return false;
3864
3865   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3866   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3867   // FIXME: Find the best cut-off.
3868   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3869 }
3870
3871 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3872 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3873 /// replace the switch with lookup tables.
3874 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3875                                 IRBuilder<> &Builder,
3876                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3877                                 const DataLayout* DL) {
3878   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3879
3880   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3881   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3882     return false;
3883
3884   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3885   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3886
3887   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3888   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3889   // string and lookup indices into that.
3890
3891   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
3892   // faster, so we don't analyze them.
3893   if (SI->getNumCases() < 3)
3894     return false;
3895
3896   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3897   // common destination, as well as the the min and max case values.
3898   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3899   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3900   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3901   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3902
3903   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
3904   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3905   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3906   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3907   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3908   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3909
3910   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3911     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3912     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3913       MinCaseVal = CaseVal;
3914     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3915       MaxCaseVal = CaseVal;
3916
3917     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3918     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3919     ResultsTy Results;
3920     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3921                         Results, DL))
3922       return false;
3923
3924     // Append the result from this case to the list for each phi.
3925     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3926       if (!ResultLists.count(I->first))
3927         PHIs.push_back(I->first);
3928       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3929     }
3930   }
3931
3932   // Keep track of the result types.
3933   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3934     PHINode *PHI = PHIs[I];
3935     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
3936   }
3937
3938   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
3939   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3940   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3941   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
3942
3943   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
3944   // or a bitmask that fits in a register.
3945   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3946   bool HasDefaultResults = false;
3947   if (TableHasHoles) {
3948     HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
3949                                        &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
3950   }
3951   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
3952   if (NeedMask) {
3953     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
3954     if (SI->getNumCases() < 4)  // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
3955       return false;
3956     if (!(DL && DL->fitsInLegalInteger(TableSize)))
3957       return false;
3958   }
3959
3960   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3961     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3962     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3963     DefaultResults[PHI] = Result;
3964   }
3965
3966   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
3967     return false;
3968
3969   // Create the BB that does the lookups.
3970   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3971   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3972                                             "switch.lookup",
3973                                             CommonDest->getParent(),
3974                                             CommonDest);
3975
3976   // Compute the table index value.
3977   Builder.SetInsertPoint(SI);
3978   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3979                                         "switch.tableidx");
3980
3981   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
3982   // switching upon.
3983   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
3984   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
3985   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
3986          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
3987          "representable value of its input integer type's size.");
3988
3989   // If we have a fully covered lookup table, unconditionally branch to the
3990   // lookup table BB. Otherwise, check if the condition value is within the case
3991   // range. If it is so, branch to the new BB. Otherwise branch to SI's default
3992   // destination.
3993   const bool GeneratingCoveredLookupTable = MaxTableSize == TableSize;
3994   if (GeneratingCoveredLookupTable) {
3995     Builder.CreateBr(LookupBB);
3996     // We cached PHINodes in PHIs, to avoid accessing deleted PHINodes later,
3997     // do not delete PHINodes here.
3998     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent(),
3999                                             true/*DontDeleteUselessPHIs*/);
4000   } else {
4001     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
4002                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
4003     Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4004   }
4005
4006   // Populate the BB that does the lookups.
4007   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4008
4009   if (NeedMask) {
4010     // Before doing the lookup we do the hole check.
4011     // The LookupBB is therefore re-purposed to do the hole check
4012     // and we create a new LookupBB.
4013     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
4014     MaskBB->setName("switch.hole_check");
4015     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4016                                   "switch.lookup",
4017                                   CommonDest->getParent(),
4018                                   CommonDest);
4019
4020     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
4021     APInt MaskInt(TableSize, 0);
4022     APInt One(TableSize, 1);
4023     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
4024     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
4025       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
4026                       MinCaseVal->getValue()).getLimitedValue();
4027       MaskInt |= One << Idx;
4028     }
4029     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
4030
4031     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
4032     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
4033     // else continue with table lookup.
4034     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
4035     Value *MaskIndex = Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy,
4036                                                  "switch.maskindex");
4037     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex,
4038                                         "switch.shifted");
4039     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(Shifted,
4040                                        Type::getInt1Ty(Mod.getContext()),
4041                                        "switch.lobit");
4042     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4043
4044     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4045     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
4046   }
4047
4048   bool ReturnedEarly = false;
4049   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
4050     PHINode *PHI = PHIs[I];
4051
4052     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
4053     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
4054     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
4055                             DV, DL);
4056
4057     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
4058
4059     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
4060     // do that right here.
4061     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
4062         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
4063       Builder.CreateRet(Result);
4064       ReturnedEarly = true;
4065       break;
4066     }
4067
4068     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
4069   }
4070
4071   if (!ReturnedEarly)
4072     Builder.CreateBr(CommonDest);
4073
4074   // Remove the switch.
4075   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4076     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4077
4078     if (Succ == SI->getDefaultDest())
4079       continue;
4080     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
4081   }
4082   SI->eraseFromParent();
4083
4084   ++NumLookupTables;
4085   if (NeedMask)
4086     ++NumLookupTablesHoles;
4087   return true;
4088 }
4089
4090 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
4091   BasicBlock *BB = SI->getParent();
4092
4093   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
4094     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4095     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
4096     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4097       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
4098         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4099
4100     Value *Cond = SI->getCondition();
4101     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
4102       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
4103         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4104
4105     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
4106     // away into any preds.
4107     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
4108     // Ignore dbg intrinsics.
4109     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
4110       ++BBI;
4111     if (SI == &*BBI)
4112       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
4113         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4114   }
4115
4116   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
4117   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
4118     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4119
4120   // Remove unreachable cases.
4121   if (EliminateDeadSwitchCases(SI, DL, AT))
4122     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4123
4124   if (SwitchToSelect(SI, Builder, DL, AT))
4125     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4126
4127   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
4128     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4129
4130   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, DL))
4131     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4132
4133   return false;
4134 }
4135
4136 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
4137   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
4138   bool Changed = false;
4139
4140   // Eliminate redundant destinations.
4141   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
4142   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
4143     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
4144     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
4145       Dest->removePredecessor(BB);
4146       IBI->removeDestination(i);
4147       --i; --e;
4148       Changed = true;
4149     }
4150   }
4151
4152   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
4153     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
4154     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
4155     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4156     return true;
4157   }
4158
4159   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
4160     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
4161     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
4162     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4163     return true;
4164   }
4165
4166   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
4167     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
4168       return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4169   }
4170   return Changed;
4171 }
4172
4173 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
4174   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4175
4176   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
4177     return true;
4178
4179   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
4180   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbg();
4181   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
4182       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
4183     return true;
4184
4185   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
4186   // against a constant, try to simplify the block.
4187   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
4188     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
4189       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
4190         ;
4191       if (I->isTerminator() &&
4192           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI,
4193                                                 BonusInstThreshold, DL, AT))
4194         return true;
4195     }
4196
4197   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4198   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
4199   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
4200   // for PHI nodes in common successor.
4201   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
4202     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4203   return false;
4204 }
4205
4206
4207 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
4208   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4209
4210   // Conditional branch
4211   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
4212     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4213     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
4214     // switch.
4215     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4216       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
4217         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4218
4219     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
4220     // Ignore dbg intrinsics.
4221     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
4222     // Ignore dbg intrinsics.
4223     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4224       ++I;
4225     if (&*I == BI) {
4226       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4227         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4228     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4229       ++I;
4230       // Ignore dbg intrinsics.
4231       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4232         ++I;
4233       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4234         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4235     }
4236   }
4237
4238   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4239   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, DL, Builder))
4240     return true;
4241
4242   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4243   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4244   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4245   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
4246     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4247
4248   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4249   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4250   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4251   // can hoist it up to the branching block.
4252   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
4253     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4254       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, DL))
4255         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4256     } else {
4257       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4258       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
4259       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4260       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4261           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4262         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), DL))
4263           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4264     }
4265   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4266     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4267     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
4268     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4269     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4270         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4271       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), DL))
4272         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4273   }
4274
4275   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4276   // through this block if any PHI node entries are constants.
4277   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4278     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4279       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4280         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4281
4282   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4283   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4284     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4285       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4286         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4287           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4288
4289   return false;
4290 }
4291
4292 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4293 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4294   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4295   if (!C)
4296     return false;
4297
4298   if (I->use_empty())
4299     return false;
4300
4301   if (C->isNullValue()) {
4302     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4303     User *Use = *I->user_begin();
4304
4305     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4306     // control flow (eg. calls)
4307     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4308       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4309         return false;
4310
4311     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4312     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4313       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4314         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4315
4316     // Look through bitcasts.
4317     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4318       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4319
4320     // Load from null is undefined.
4321     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4322       if (!LI->isVolatile())
4323         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4324
4325     // Store to null is undefined.
4326     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4327       if (!SI->isVolatile())
4328         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4329   }
4330   return false;
4331 }
4332
4333 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4334 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4335 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4336   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4337        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4338     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4339       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4340         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4341         IRBuilder<> Builder(T);
4342         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4343           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4344           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4345           // destination from conditional branches.
4346           if (BI->isUnconditional())
4347             Builder.CreateUnreachable();
4348           else
4349             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4350                                                          BI->getSuccessor(0));
4351           BI->eraseFromParent();
4352           return true;
4353         }
4354         // TODO: SwitchInst.
4355       }
4356
4357   return false;
4358 }
4359
4360 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4361   bool Changed = false;
4362
4363   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4364   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4365
4366   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4367   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4368   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4369        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4370       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4371     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4372     DeleteDeadBlock(BB);
4373     return true;
4374   }
4375
4376   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4377   // away...
4378   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4379
4380   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4381   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4382
4383   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4384   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4385
4386   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4387   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4388   // if there are no PHI nodes.
4389   //
4390   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4391     return true;
4392
4393   IRBuilder<> Builder(BB);
4394
4395   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4396   // eliminate it, do so now.
4397   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4398     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4399       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, DL);
4400
4401   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4402   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4403     if (BI->isUnconditional()) {
4404       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4405     } else {
4406       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4407     }
4408   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4409     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4410   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4411     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4412   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4413     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4414   } else if (UnreachableInst *UI =
4415                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4416     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4417   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4418                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4419     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4420   }
4421
4422   return Changed;
4423 }
4424
4425 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4426 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4427 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4428 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4429 ///
4430 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4431                        unsigned BonusInstThreshold,
4432                        const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT) {
4433   return SimplifyCFGOpt(TTI, BonusInstThreshold, DL, AT).run(BB);
4434 }