[SimplifyCFG] Speculatively flatten CFG based on profiling metadata
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
17 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/CFG.h"
26 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Constants.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
30 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
31 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Metadata.h"
37 #include "llvm/IR/Module.h"
38 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
41 #include "llvm/IR/Type.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
48 #include <algorithm>
49 #include <map>
50 #include <set>
51 using namespace llvm;
52 using namespace PatternMatch;
53
54 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
55
56 // Chosen as 2 so as to be cheap, but still to have enough power to fold
57 // a select, so the "clamp" idiom (of a min followed by a max) will be caught.
58 // To catch this, we need to fold a compare and a select, hence '2' being the
59 // minimum reasonable default.
60 static cl::opt<unsigned>
61 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(2),
62    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 2)"));
63
64 static cl::opt<bool>
65 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
66        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
67
68 static cl::opt<bool>
69 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
70        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
71
72 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
73     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
74     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
75
76 static cl::opt<unsigned> SpeculativeFlattenBias(
77     "speculative-flatten-bias", cl::Hidden, cl::init(100),
78     cl::desc("Control how biased a branch needs to be to be considered rarely"
79              " failing for speculative flattening (default = 100)"));
80
81 static cl::opt<unsigned> SpeculativeFlattenThreshold(
82     "speculative-flatten-threshold", cl::Hidden, cl::init(10),
83     cl::desc("Control how much speculation happens due to speculative"
84              " flattening (default = 10)"));
85
86
87 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
88 STATISTIC(NumLinearMaps, "Number of switch instructions turned into linear mapping");
89 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
90 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
91 STATISTIC(NumTableCmpReuses, "Number of reused switch table lookup compares");
92 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
93 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
94
95 namespace {
96   // The first field contains the value that the switch produces when a certain
97   // case group is selected, and the second field is a vector containing the
98   // cases composing the case group.
99   typedef SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>
100     SwitchCaseResultVectorTy;
101   // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
102   // and the second field contains the value generated for a certain case in the
103   // switch for that PHI.
104   typedef SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> SwitchCaseResultsTy;
105
106   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
107   struct ValueEqualityComparisonCase {
108     ConstantInt *Value;
109     BasicBlock *Dest;
110
111     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
112       : Value(Value), Dest(Dest) {}
113
114     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
115       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
116       return Value < RHS.Value;
117     }
118
119     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
120   };
121
122 class SimplifyCFGOpt {
123   const TargetTransformInfo &TTI;
124   const DataLayout &DL;
125   unsigned BonusInstThreshold;
126   AssumptionCache *AC;
127   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
128   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
129                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
130   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
131                                                      BasicBlock *Pred,
132                                                      IRBuilder<> &Builder);
133   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
134                                            IRBuilder<> &Builder);
135
136   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
137   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
138   bool SimplifyCleanupReturn(CleanupReturnInst *RI);
139   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
140   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
141   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
142   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
143   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
144
145 public:
146   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout &DL,
147                  unsigned BonusInstThreshold, AssumptionCache *AC)
148       : TTI(TTI), DL(DL), BonusInstThreshold(BonusInstThreshold), AC(AC) {}
149   bool run(BasicBlock *BB);
150 };
151 }
152
153 /// Return true if it is safe to merge these two
154 /// terminator instructions together.
155 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
156   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
157
158   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
159   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
160   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
161   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
162   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
163   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
164
165   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
166     if (SI1Succs.count(*I))
167       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
168            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
169         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
170         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
171             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
172           return false;
173       }
174
175   return true;
176 }
177
178 /// Return true if it is safe and profitable to merge these two terminator
179 /// instructions together, where SI1 is an unconditional branch. PhiNodes will
180 /// store all PHI nodes in common successors.
181 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
182                                           BranchInst *SI2,
183                                           Instruction *Cond,
184                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
185   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
186   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
187
188   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
189   // common successors:
190   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
191   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
192   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
193   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
194   if (!Ci2) return false;
195   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
196         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
197       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
198         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
199     return false;
200
201   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
202   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
203   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
204   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
205     if (SI1Succs.count(*I))
206       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
207            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
208         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
209         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
210             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
211           return false;
212         PhiNodes.push_back(PN);
213       }
214   return true;
215 }
216
217 /// Update PHI nodes in Succ to indicate that there will now be entries in it
218 /// from the 'NewPred' block. The values that will be flowing into the PHI nodes
219 /// will be the same as those coming in from ExistPred, an existing predecessor
220 /// of Succ.
221 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
222                                   BasicBlock *ExistPred) {
223   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
224
225   PHINode *PN;
226   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
227        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
228     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
229 }
230
231 /// Compute an abstract "cost" of speculating the given instruction,
232 /// which is assumed to be safe to speculate. TCC_Free means cheap,
233 /// TCC_Basic means less cheap, and TCC_Expensive means prohibitively
234 /// expensive.
235 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I,
236                                        const TargetTransformInfo &TTI) {
237   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
238          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
239   return TTI.getUserCost(I);
240 }
241
242 /// If we have a merge point of an "if condition" as accepted above,
243 /// return true if the specified value dominates the block.  We
244 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
245 /// which works well enough for us.
246 ///
247 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
248 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
249 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
250 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
251 /// set and true is returned.
252 ///
253 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
254 /// Select whose cost is 2.
255 ///
256 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
257 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
258 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
259 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
260                                 SmallPtrSetImpl<Instruction*> *AggressiveInsts,
261                                 unsigned &CostRemaining,
262                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
263   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
264   if (!I) {
265     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
266     // can be executed unconditionally.
267     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
268       if (C->canTrap())
269         return false;
270     return true;
271   }
272   BasicBlock *PBB = I->getParent();
273
274   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
275   // the bottom of this block.
276   if (PBB == BB) return false;
277
278   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
279   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
280   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
281   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
282   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
283     return true;
284
285   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
286   // instructions in the 'if region'.
287   if (!AggressiveInsts) return false;
288
289   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
290   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
291
292   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
293   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
294   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
295   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
296     return false;
297
298   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, TTI);
299
300   if (Cost > CostRemaining)
301     return false;
302
303   CostRemaining -= Cost;
304
305   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
306   // not take us over the cost threshold.
307   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
308     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, TTI))
309       return false;
310   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
311   AggressiveInsts->insert(I);
312   return true;
313 }
314
315 /// Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
316 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
317 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout &DL) {
318   // Normal constant int.
319   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
320   if (CI || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
321     return CI;
322
323   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
324   // ConstantInt if possible.
325   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL.getIntPtrType(V->getType()));
326
327   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
328   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
329     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
330
331   // IntToPtr const int.
332   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
333     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
334       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
335         // The constant is very likely to have the right type already.
336         if (CI->getType() == PtrTy)
337           return CI;
338         else
339           return cast<ConstantInt>
340             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
341       }
342   return nullptr;
343 }
344
345 namespace {
346
347 /// Given a chain of or (||) or and (&&) comparison of a value against a
348 /// constant, this will try to recover the information required for a switch
349 /// structure.
350 /// It will depth-first traverse the chain of comparison, seeking for patterns
351 /// like %a == 12 or %a < 4 and combine them to produce a set of integer
352 /// representing the different cases for the switch.
353 /// Note that if the chain is composed of '||' it will build the set of elements
354 /// that matches the comparisons (i.e. any of this value validate the chain)
355 /// while for a chain of '&&' it will build the set elements that make the test
356 /// fail.
357 struct ConstantComparesGatherer {
358   const DataLayout &DL;
359   Value *CompValue; /// Value found for the switch comparison
360   Value *Extra;     /// Extra clause to be checked before the switch
361   SmallVector<ConstantInt *, 8> Vals; /// Set of integers to match in switch
362   unsigned UsedICmps; /// Number of comparisons matched in the and/or chain
363
364   /// Construct and compute the result for the comparison instruction Cond
365   ConstantComparesGatherer(Instruction *Cond, const DataLayout &DL)
366       : DL(DL), CompValue(nullptr), Extra(nullptr), UsedICmps(0) {
367     gather(Cond);
368   }
369
370   /// Prevent copy
371   ConstantComparesGatherer(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
372   ConstantComparesGatherer &
373   operator=(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
374
375 private:
376
377   /// Try to set the current value used for the comparison, it succeeds only if
378   /// it wasn't set before or if the new value is the same as the old one
379   bool setValueOnce(Value *NewVal) {
380     if(CompValue && CompValue != NewVal) return false;
381     CompValue = NewVal;
382     return (CompValue != nullptr);
383   }
384
385   /// Try to match Instruction "I" as a comparison against a constant and
386   /// populates the array Vals with the set of values that match (or do not
387   /// match depending on isEQ).
388   /// Return false on failure. On success, the Value the comparison matched
389   /// against is placed in CompValue.
390   /// If CompValue is already set, the function is expected to fail if a match
391   /// is found but the value compared to is different.
392   bool matchInstruction(Instruction *I, bool isEQ) {
393     // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
394     ICmpInst *ICI;
395     ConstantInt *C;
396     if (!((ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) &&
397              (C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)))) {
398       return false;
399     }
400
401     Value *RHSVal;
402     ConstantInt *RHSC;
403
404     // Pattern match a special case
405     // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
406     // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
407     if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
408       if (match(ICI->getOperand(0),
409                 m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
410         APInt Not = ~RHSC->getValue();
411         if (Not.isPowerOf2()) {
412           // If we already have a value for the switch, it has to match!
413           if(!setValueOnce(RHSVal))
414             return false;
415
416           Vals.push_back(C);
417           Vals.push_back(ConstantInt::get(C->getContext(),
418                                           C->getValue() | Not));
419           UsedICmps++;
420           return true;
421         }
422       }
423
424       // If we already have a value for the switch, it has to match!
425       if(!setValueOnce(ICI->getOperand(0)))
426         return false;
427
428       UsedICmps++;
429       Vals.push_back(C);
430       return ICI->getOperand(0);
431     }
432
433     // If we have "x ult 3", for example, then we can add 0,1,2 to the set.
434     ConstantRange Span = ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(
435         ICI->getPredicate(), C->getValue());
436
437     // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
438     // compare idiom as emitted by instcombine.
439     Value *CandidateVal = I->getOperand(0);
440     if(match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
441       Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
442       CandidateVal = RHSVal;
443     }
444
445     // If this is an and/!= check, then we are looking to build the set of
446     // value that *don't* pass the and chain. I.e. to turn "x ugt 2" into
447     // x != 0 && x != 1.
448     if (!isEQ)
449       Span = Span.inverse();
450
451     // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
452     if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet()) {
453       return false;
454     }
455
456     // If we already have a value for the switch, it has to match!
457     if(!setValueOnce(CandidateVal))
458       return false;
459
460     // Add all values from the range to the set
461     for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
462       Vals.push_back(ConstantInt::get(I->getContext(), Tmp));
463
464     UsedICmps++;
465     return true;
466
467   }
468
469   /// Given a potentially 'or'd or 'and'd together collection of icmp
470   /// eq/ne/lt/gt instructions that compare a value against a constant, extract
471   /// the value being compared, and stick the list constants into the Vals
472   /// vector.
473   /// One "Extra" case is allowed to differ from the other.
474   void gather(Value *V) {
475     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
476     bool isEQ = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
477
478     // Keep a stack (SmallVector for efficiency) for depth-first traversal
479     SmallVector<Value *, 8> DFT;
480
481     // Initialize
482     DFT.push_back(V);
483
484     while(!DFT.empty()) {
485       V = DFT.pop_back_val();
486
487       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
488         // If it is a || (or && depending on isEQ), process the operands.
489         if (I->getOpcode() == (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And)) {
490           DFT.push_back(I->getOperand(1));
491           DFT.push_back(I->getOperand(0));
492           continue;
493         }
494
495         // Try to match the current instruction
496         if (matchInstruction(I, isEQ))
497           // Match succeed, continue the loop
498           continue;
499       }
500
501       // One element of the sequence of || (or &&) could not be match as a
502       // comparison against the same value as the others.
503       // We allow only one "Extra" case to be checked before the switch
504       if (!Extra) {
505         Extra = V;
506         continue;
507       }
508       // Failed to parse a proper sequence, abort now
509       CompValue = nullptr;
510       break;
511     }
512   }
513 };
514
515 }
516
517 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
518   Instruction *Cond = nullptr;
519   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
520     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
521   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
522     if (BI->isConditional())
523       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
524   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
525     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
526   }
527
528   TI->eraseFromParent();
529   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
530 }
531
532 /// Return true if the specified terminator checks
533 /// to see if a value is equal to constant integer value.
534 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
535   Value *CV = nullptr;
536   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
537     // Do not permit merging of large switch instructions into their
538     // predecessors unless there is only one predecessor.
539     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
540                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
541       CV = SI->getCondition();
542   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
543     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
544       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition())) {
545         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
546           CV = ICI->getOperand(0);
547       }
548
549   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
550   if (CV) {
551     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
552       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
553       if (PTII->getType() == DL.getIntPtrType(Ptr->getType()))
554         CV = Ptr;
555     }
556   }
557   return CV;
558 }
559
560 /// Given a value comparison instruction,
561 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
562 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
563 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
564                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
565                                                                        &Cases) {
566   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
567     Cases.reserve(SI->getNumCases());
568     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
569       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
570                                                   i.getCaseSuccessor()));
571     return SI->getDefaultDest();
572   }
573
574   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
575   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
576   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
577   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
578                                                              DL),
579                                               Succ));
580   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
581 }
582
583
584 /// Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
585 /// in the list that match the specified block.
586 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
587                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
588   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
589 }
590
591 /// Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as well.
592 static bool
593 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
594               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
595   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
596
597   // Make V1 be smaller than V2.
598   if (V1->size() > V2->size())
599     std::swap(V1, V2);
600
601   if (V1->size() == 0) return false;
602   if (V1->size() == 1) {
603     // Just scan V2.
604     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
605     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
606       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
607         return true;
608   }
609
610   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
611   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
612   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
613   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
614   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
615     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
616       return true;
617     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
618       ++i1;
619     else
620       ++i2;
621   }
622   return false;
623 }
624
625 /// If TI is known to be a terminator instruction and its block is known to
626 /// only have a single predecessor block, check to see if that predecessor is
627 /// also a value comparison with the same value, and if that comparison
628 /// determines the outcome of this comparison. If so, simplify TI. This does a
629 /// very limited form of jump threading.
630 bool SimplifyCFGOpt::
631 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
632                                               BasicBlock *Pred,
633                                               IRBuilder<> &Builder) {
634   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
635   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
636
637   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
638   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
639   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
640
641   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
642   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
643
644   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
645   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
646   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
647                                                         PredCases);
648   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
649
650   // Find information about how control leaves this block.
651   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
652   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
653   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
654
655   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
656   // simplify TI based on this knowledge.
657   if (PredDef == TI->getParent()) {
658     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
659     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
660     // can simplify TI.
661     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
662       return false;
663
664     if (isa<BranchInst>(TI)) {
665       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
666       // uncond br.
667       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
668       // Insert the new branch.
669       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
670       (void) NI;
671
672       // Remove PHI node entries for the dead edge.
673       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
674
675       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
676            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
677
678       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
679       return true;
680     }
681
682     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
683     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
684     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
685     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
686       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
687
688     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
689                  << "Through successor TI: " << *TI);
690
691     // Collect branch weights into a vector.
692     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
693     MDNode *MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
694     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
695     if (HasWeight)
696       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
697            ++MD_i) {
698         ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
699         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
700       }
701     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
702       --i;
703       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
704         if (HasWeight) {
705           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
706           Weights.pop_back();
707         }
708         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
709         SI->removeCase(i);
710       }
711     }
712     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
713       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
714                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
715                       createBranchWeights(Weights));
716
717     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
718     return true;
719   }
720
721   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
722   // which value (or set of values) this is.
723   ConstantInt *TIV = nullptr;
724   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
725   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
726     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
727       if (TIV)
728         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
729       TIV = PredCases[i].Value;
730     }
731   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
732
733   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
734   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
735   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
736   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
737     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
738       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
739       break;
740     }
741
742   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
743   if (!TheRealDest) TheRealDest = ThisDef;
744
745   // Remove PHI node entries for dead edges.
746   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
747   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
748     if (*SI != CheckEdge)
749       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
750     else
751       CheckEdge = nullptr;
752
753   // Insert the new branch.
754   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
755   (void) NI;
756
757   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
758             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
759
760   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
761   return true;
762 }
763
764 namespace {
765   /// This class implements a stable ordering of constant
766   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
767   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
768   struct ConstantIntOrdering {
769     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
770       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
771     }
772   };
773 }
774
775 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
776                                     ConstantInt *const *P2) {
777   const ConstantInt *LHS = *P1;
778   const ConstantInt *RHS = *P2;
779   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
780     return 1;
781   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
782     return 0;
783   return -1;
784 }
785
786 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
787   MDNode *ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
788   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
789     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
790       return MDS->getString().equals("branch_weights");
791
792   return false;
793 }
794
795 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
796 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
797 /// metadata.
798 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
799                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
800   MDNode *MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
801   assert(MD);
802   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
803     ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
804     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
805   }
806
807   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
808   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
809   // default weight to be the first entry.
810   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
811     assert(Weights.size() == 2);
812     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
813     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
814       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
815   }
816 }
817
818 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
819 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
820   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
821   if (Max > UINT_MAX) {
822     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
823     for (uint64_t &I : Weights)
824       I >>= Offset;
825   }
826 }
827
828 /// The specified terminator is a value equality comparison instruction
829 /// (either a switch or a branch on "X == c").
830 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
831 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
832 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
833                                                          IRBuilder<> &Builder) {
834   BasicBlock *BB = TI->getParent();
835   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
836   assert(CV && "Not a comparison?");
837   bool Changed = false;
838
839   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
840   while (!Preds.empty()) {
841     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
842
843     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
844     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
845     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
846
847     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
848       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
849       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
850       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
851
852       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
853       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
854
855       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
856       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
857       // build.
858       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
859
860       // Update the branch weight metadata along the way
861       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
862       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
863       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
864
865       if (PredHasWeights) {
866         GetBranchWeights(PTI, Weights);
867         // branch-weight metadata is inconsistent here.
868         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
869           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
870       } else if (SuccHasWeights)
871         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
872         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
873         // successor's weights
874         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
875
876       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
877       if (SuccHasWeights) {
878         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
879         // branch-weight metadata is inconsistent here.
880         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
881           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
882       } else if (PredHasWeights)
883         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
884
885       if (PredDefault == BB) {
886         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
887         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
888         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
889         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
890           if (PredCases[i].Dest != BB)
891             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
892           else {
893             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
894             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
895
896             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
897               // Increase weight for the default case.
898               Weights[0] += Weights[i+1];
899               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
900               Weights.pop_back();
901             }
902
903             PredCases.pop_back();
904             --i; --e;
905           }
906
907         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
908         if (PredDefault != BBDefault) {
909           PredDefault->removePredecessor(Pred);
910           PredDefault = BBDefault;
911           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
912         }
913
914         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
915         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
916         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
917           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
918               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
919             PredCases.push_back(BBCases[i]);
920             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
921             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
922               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
923               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
924               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
925               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
926               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
927             }
928           }
929
930         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
931           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
932           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
933           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
934             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
935           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
936           Weights[0] *= SuccWeights[0];
937         }
938       } else {
939         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
940         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
941         // activated.
942         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
943         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
944         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
945           if (PredCases[i].Dest == BB) {
946             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
947
948             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
949               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
950               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
951               Weights.pop_back();
952             }
953
954             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
955             PredCases.pop_back();
956             --i; --e;
957           }
958
959         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
960         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
961         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
962           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
963             // If this is one we are capable of getting...
964             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
965               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
966             PredCases.push_back(BBCases[i]);
967             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
968             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
969           }
970
971         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
972         // they must go to the default destination of TI.
973         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
974                                     PTIHandled.begin(),
975                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
976           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
977             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
978           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
979           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
980         }
981       }
982
983       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
984       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
985       // successors.
986       for (BasicBlock *NewSuccessor : NewSuccessors)
987         AddPredecessorToBlock(NewSuccessor, Pred, BB);
988
989       Builder.SetInsertPoint(PTI);
990       // Convert pointer to int before we switch.
991       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
992         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL.getIntPtrType(CV->getType()),
993                                     "magicptr");
994       }
995
996       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
997       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
998                                                PredCases.size());
999       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
1000       for (ValueEqualityComparisonCase &V : PredCases)
1001         NewSI->addCase(V.Value, V.Dest);
1002
1003       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1004         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1005         FitWeights(Weights);
1006
1007         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1008
1009         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1010                            MDBuilder(BB->getContext()).
1011                            createBranchWeights(MDWeights));
1012       }
1013
1014       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1015
1016       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1017       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1018       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1019       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
1020       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1021         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1022           if (!InfLoopBlock) {
1023             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1024             // or it won't matter if it's hot. :)
1025             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1026                                               "infloop", BB->getParent());
1027             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1028           }
1029           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1030         }
1031
1032       Changed = true;
1033     }
1034   }
1035   return Changed;
1036 }
1037
1038 // If we would need to insert a select that uses the value of this invoke
1039 // (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we would need to do this), we
1040 // can't hoist the invoke, as there is nowhere to put the select in this case.
1041 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1042                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1043   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1044     PHINode *PN;
1045     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1046          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1047       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1048       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1049       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1050         return false;
1051       }
1052     }
1053   }
1054   return true;
1055 }
1056
1057 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
1058
1059 /// Given a conditional branch that goes to BB1 and BB2, hoist any common code
1060 /// in the two blocks up into the branch block. The caller of this function
1061 /// guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1062 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI,
1063                                   const TargetTransformInfo &TTI) {
1064   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1065   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1066   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1067   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1068   // identical order.
1069   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1070   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1071
1072   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1073   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1074
1075   Instruction *I1 = &*BB1_Itr++, *I2 = &*BB2_Itr++;
1076   // Skip debug info if it is not identical.
1077   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1078   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1079   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1080     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1081       I1 = &*BB1_Itr++;
1082     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1083       I2 = &*BB2_Itr++;
1084   }
1085   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1086       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1087     return false;
1088
1089   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1090
1091   bool Changed = false;
1092   do {
1093     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1094     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1095     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1096       goto HoistTerminator;
1097
1098     if (!TTI.isProfitableToHoist(I1) || !TTI.isProfitableToHoist(I2))
1099       return Changed;
1100
1101     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1102     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1103     // the now redundant second instruction.
1104     BIParent->getInstList().splice(BI->getIterator(), BB1->getInstList(), I1);
1105     if (!I2->use_empty())
1106       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1107     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1108     unsigned KnownIDs[] = {
1109         LLVMContext::MD_tbaa,    LLVMContext::MD_range,
1110         LLVMContext::MD_fpmath,  LLVMContext::MD_invariant_load,
1111         LLVMContext::MD_nonnull, LLVMContext::MD_invariant_group};
1112     combineMetadata(I1, I2, KnownIDs);
1113     I2->eraseFromParent();
1114     Changed = true;
1115
1116     I1 = &*BB1_Itr++;
1117     I2 = &*BB2_Itr++;
1118     // Skip debug info if it is not identical.
1119     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1120     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1121     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1122       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1123         I1 = &*BB1_Itr++;
1124       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1125         I2 = &*BB2_Itr++;
1126     }
1127   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1128
1129   return true;
1130
1131 HoistTerminator:
1132   // It may not be possible to hoist an invoke.
1133   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1134     return Changed;
1135
1136   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1137     PHINode *PN;
1138     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1139          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1140       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1141       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1142       if (BB1V == BB2V)
1143         continue;
1144
1145       // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
1146       // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
1147       if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, PN) ||
1148           passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, PN))
1149        return Changed;
1150
1151       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V))
1152         return Changed;
1153       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V))
1154         return Changed;
1155     }
1156   }
1157
1158   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1159   Instruction *NT = I1->clone();
1160   BIParent->getInstList().insert(BI->getIterator(), NT);
1161   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1162     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1163     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1164     NT->takeName(I1);
1165   }
1166
1167   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1168   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1169   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1170   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1171   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1172   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1173   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1174     PHINode *PN;
1175     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1176          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1177       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1178       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1179       if (BB1V == BB2V) continue;
1180
1181       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1182       // that determines the right value.
1183       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1184       if (!SI)
1185         SI = cast<SelectInst>
1186           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1187                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1188
1189       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1190       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1191         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1192           PN->setIncomingValue(i, SI);
1193     }
1194   }
1195
1196   // Update any PHI nodes in our new successors.
1197   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1198     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1199
1200   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1201   return true;
1202 }
1203
1204 /// Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1205 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1206 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1207 /// in the two predecessors to BBEnd.
1208 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1209   assert(BI1->isUnconditional());
1210   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1211   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1212
1213   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1214   // an unconditional branch.
1215   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1216   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1217   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1218     return false;
1219   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1220   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1221     return false;
1222   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1223   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1224   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1225     return false;
1226
1227   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1228   SmallDenseMap<std::pair<Value *, Value *>, PHINode *> JointValueMap;
1229   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
1230   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end(); I != E; ++I) {
1231     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1232       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1233       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1234       JointValueMap[std::make_pair(BB1V, BB2V)] = PN;
1235     } else {
1236       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1237       break;
1238     }
1239   }
1240   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1241     return false;
1242
1243   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1244   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1245   // instructions in an identical order.
1246   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1247                                              RE1 = BB1->getInstList().rend(),
1248                                              RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1249                                              RE2 = BB2->getInstList().rend();
1250   // Skip debug info.
1251   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1252   if (RI1 == RE1)
1253     return false;
1254   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1255   if (RI2 == RE2)
1256     return false;
1257   // Skip the unconditional branches.
1258   ++RI1;
1259   ++RI2;
1260
1261   bool Changed = false;
1262   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1263     // Skip debug info.
1264     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1265     if (RI1 == RE1)
1266       return Changed;
1267     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1268     if (RI2 == RE2)
1269       return Changed;
1270
1271     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1272     auto InstPair = std::make_pair(I1, I2);
1273     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1274     // perform the same operation.
1275     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1276     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1277         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1278         I1->isEHPad() || I2->isEHPad() ||
1279         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1280         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1281         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1282         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1283         !JointValueMap.count(InstPair))
1284       return Changed;
1285
1286     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1287     // TODO: Add support of communativity.
1288     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1289     bool SwapOpnds = false;
1290     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1291         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1292         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1293         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1294          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1295       ICmp2->swapOperands();
1296       SwapOpnds = true;
1297     }
1298     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1299       if (SwapOpnds)
1300         ICmp2->swapOperands();
1301       return Changed;
1302     }
1303
1304     // The operands should be either the same or they need to be generated
1305     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1306     // a single pair of different operands.
1307     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
1308     unsigned Op1Idx = ~0U;
1309     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1310       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1311         continue;
1312       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or if
1313       // we need a PHI node to replace a constant.
1314       if (Op1Idx != ~0U ||
1315           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1316           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1317         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1318         if (SwapOpnds)
1319           ICmp2->swapOperands();
1320         return Changed;
1321       }
1322       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1323       Op1Idx = I;
1324       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1325     }
1326
1327     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n");
1328     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n");
1329
1330     // We insert the pair of different operands to JointValueMap and
1331     // remove (I1, I2) from JointValueMap.
1332     if (Op1Idx != ~0U) {
1333       auto &NewPN = JointValueMap[std::make_pair(DifferentOp1, DifferentOp2)];
1334       if (!NewPN) {
1335         NewPN =
1336             PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1337                             DifferentOp1->getName() + ".sink", &BBEnd->front());
1338         NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1339         NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1340         DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1341       }
1342       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1343       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1344     }
1345     PHINode *OldPN = JointValueMap[InstPair];
1346     JointValueMap.erase(InstPair);
1347
1348     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1349     // instruction in the basic block down.
1350     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1351     // Sink the instruction.
1352     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd->getIterator(),
1353                                 BB1->getInstList(), I1);
1354     if (!OldPN->use_empty())
1355       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1356     OldPN->eraseFromParent();
1357
1358     if (!I2->use_empty())
1359       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1360     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1361     // TODO: Use combineMetadata here to preserve what metadata we can
1362     // (analogous to the hoisting case above).
1363     I2->eraseFromParent();
1364
1365     if (UpdateRE1)
1366       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1367     if (UpdateRE2)
1368       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1369     FirstNonPhiInBBEnd = &*I1;
1370     NumSinkCommons++;
1371     Changed = true;
1372   }
1373   return Changed;
1374 }
1375
1376 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1377 /// conditional block.
1378 ///
1379 /// We are looking for code like the following:
1380 ///   BrBB:
1381 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1382 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1383 ///     ... // function).
1384 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1385 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1386 ///   ThenBB:
1387 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1388 ///     br label EndBB
1389 ///   EndBB:
1390 ///     ...
1391 ///   We are going to transform this into:
1392 ///   BrBB:
1393 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1394 ///     ... //
1395 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1396 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1397 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1398 ///     ...
1399 ///
1400 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1401 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1402 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1403                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1404   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1405   if (!StoreToHoist)
1406     return nullptr;
1407
1408   // Volatile or atomic.
1409   if (!StoreToHoist->isSimple())
1410     return nullptr;
1411
1412   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1413
1414   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1415   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1416   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1417        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1418     Instruction *CurI = &*RI;
1419
1420     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1421     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1422       return nullptr;
1423
1424     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1425     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1426     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1427       // Found the previous store, return its value operand.
1428       return SI->getValueOperand();
1429     else if (SI)
1430       return nullptr; // Unknown store.
1431   }
1432
1433   return nullptr;
1434 }
1435
1436 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1437 ///
1438 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1439 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1440 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1441 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1442 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1443 ///
1444 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1445 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1446 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1447 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1448 ///
1449 ///
1450 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1451 /// \code
1452 ///   BB:
1453 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1454 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1455 ///   ThenBB:
1456 ///     %sub = sub %x, %y
1457 ///     br label BB2
1458 ///   EndBB:
1459 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1460 ///     ...
1461 /// \endcode
1462 ///
1463 /// Into this IR:
1464 /// \code
1465 ///   BB:
1466 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1467 ///     %sub = sub %x, %y
1468 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1469 ///     ...
1470 /// \endcode
1471 ///
1472 /// \returns true if the conditional block is removed.
1473 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1474                                    const TargetTransformInfo &TTI) {
1475   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1476   Value *BrCond = BI->getCondition();
1477   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1478     return false;
1479
1480   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1481   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1482
1483   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1484   // to swap the select operands later.
1485   bool Invert = false;
1486   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1487     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1488     Invert = true;
1489   }
1490   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1491
1492   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1493   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1494   // - They are defined in BB, and
1495   // - They have no side effects, and
1496   // - All of their uses are in CondBB.
1497   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1498
1499   unsigned SpeculationCost = 0;
1500   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1501   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1502   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1503                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1504        BBI != BBE; ++BBI) {
1505     Instruction *I = &*BBI;
1506     // Skip debug info.
1507     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1508       continue;
1509
1510     // Only speculatively execute a single instruction (not counting the
1511     // terminator) for now.
1512     ++SpeculationCost;
1513     if (SpeculationCost > 1)
1514       return false;
1515
1516     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1517     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1518         !(HoistCondStores && (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(
1519                                   I, BB, ThenBB, EndBB))))
1520       return false;
1521     if (!SpeculatedStoreValue &&
1522         ComputeSpeculationCost(I, TTI) >
1523             PHINodeFoldingThreshold * TargetTransformInfo::TCC_Basic)
1524       return false;
1525
1526     // Store the store speculation candidate.
1527     if (SpeculatedStoreValue)
1528       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1529
1530     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1531     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1532     // being sunk into the use block.
1533     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1534          i != e; ++i) {
1535       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1536       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1537           OpI->mayHaveSideEffects())
1538         continue; // Not a candidate for sinking.
1539
1540       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1541     }
1542   }
1543
1544   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1545   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1546   // and so iteration order isn't significant.
1547   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1548            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1549        I != E; ++I)
1550     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1551       ++SpeculationCost;
1552       if (SpeculationCost > 1)
1553         return false;
1554     }
1555
1556   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1557   bool HaveRewritablePHIs = false;
1558   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1559        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1560     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1561     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1562
1563     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1564     // Skip PHIs which are trivial.
1565     if (ThenV == OrigV)
1566       continue;
1567
1568     // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
1569     if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, PN) ||
1570         passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, PN))
1571       return false;
1572
1573     HaveRewritablePHIs = true;
1574     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1575     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1576     if (!OrigCE && !ThenCE)
1577       continue; // Known safe and cheap.
1578
1579     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE)) ||
1580         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE)))
1581       return false;
1582     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, TTI) : 0;
1583     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, TTI) : 0;
1584     unsigned MaxCost = 2 * PHINodeFoldingThreshold *
1585       TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1586     if (OrigCost + ThenCost > MaxCost)
1587       return false;
1588
1589     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1590     // getting expanded into Instructions.
1591     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1592     // constant expression.
1593     ++SpeculationCost;
1594     if (SpeculationCost > 1)
1595       return false;
1596   }
1597
1598   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1599   // as well.
1600   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1601     return false;
1602
1603   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1604   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1605
1606   // Insert a select of the value of the speculated store.
1607   if (SpeculatedStoreValue) {
1608     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1609     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1610     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1611     if (Invert)
1612       std::swap(TrueV, FalseV);
1613     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1614                                     "." + FalseV->getName());
1615     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1616   }
1617
1618   // Hoist the instructions.
1619   BB->getInstList().splice(BI->getIterator(), ThenBB->getInstList(),
1620                            ThenBB->begin(), std::prev(ThenBB->end()));
1621
1622   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1623   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1624   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1625        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1626     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1627     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1628     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1629     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1630
1631     // Skip PHIs which are trivial.
1632     if (OrigV == ThenV)
1633       continue;
1634
1635     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1636     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1637     // destinations were inverted.
1638     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1639     if (Invert)
1640       std::swap(TrueV, FalseV);
1641     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1642                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1643     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1644     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1645   }
1646
1647   ++NumSpeculations;
1648   return true;
1649 }
1650
1651 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1652 /// attribute.
1653 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1654   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1655     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1656     if (!CI)
1657       continue;
1658     if (CI->cannotDuplicate())
1659       return true;
1660   }
1661   return false;
1662 }
1663
1664 /// Return true if we can thread a branch across this block.
1665 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1666   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1667   unsigned Size = 0;
1668
1669   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1670     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1671       continue;
1672     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1673     ++Size;
1674
1675     // We can only support instructions that do not define values that are
1676     // live outside of the current basic block.
1677     for (User *U : BBI->users()) {
1678       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1679       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1680     }
1681
1682     // Looks ok, continue checking.
1683   }
1684
1685   return true;
1686 }
1687
1688 /// If we have a conditional branch on a PHI node value that is defined in the
1689 /// same block as the branch and if any PHI entries are constants, thread edges
1690 /// corresponding to that entry to be branches to their ultimate destination.
1691 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout &DL) {
1692   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1693   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1694   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1695   // outside of the block.
1696   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1697     return false;
1698
1699   // Degenerate case of a single entry PHI.
1700   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1701     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1702     return true;
1703   }
1704
1705   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1706   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1707
1708   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1709
1710   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1711   // constants.
1712   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1713     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1714     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1715
1716     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1717     // branch to RealDest.
1718     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1719     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1720
1721     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1722     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1723     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1724
1725     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1726     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1727     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1728     // the edge we are about to create.
1729     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1730                                             RealDest->getName()+".critedge",
1731                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1732     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1733
1734     // Update PHI nodes.
1735     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1736
1737     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1738     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1739     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1740     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1741     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1742     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1743       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1744         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1745         continue;
1746       }
1747       // Clone the instruction.
1748       Instruction *N = BBI->clone();
1749       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1750
1751       // Update operands due to translation.
1752       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1753            i != e; ++i) {
1754         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1755         if (PI != TranslateMap.end())
1756           *i = PI->second;
1757       }
1758
1759       // Check for trivial simplification.
1760       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1761         TranslateMap[&*BBI] = V;
1762         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1763       } else {
1764         // Insert the new instruction into its new home.
1765         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1766         if (!BBI->use_empty())
1767           TranslateMap[&*BBI] = N;
1768       }
1769     }
1770
1771     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1772     // to EdgeBB instead.
1773     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1774     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1775       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1776         BB->removePredecessor(PredBB);
1777         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1778       }
1779
1780     // Recurse, simplifying any other constants.
1781     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1782   }
1783
1784   return false;
1785 }
1786
1787 /// Given a BB that starts with the specified two-entry PHI node,
1788 /// see if we can eliminate it.
1789 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const TargetTransformInfo &TTI,
1790                                 const DataLayout &DL) {
1791   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1792   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1793   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1794   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1795   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1796   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1797   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1798   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1799   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1800   if (!IfCond ||
1801       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1802       isa<ConstantInt>(IfCond))
1803     return false;
1804
1805   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1806   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1807   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1808   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1809   // fewer PHI nodes in this block.
1810   unsigned NumPhis = 0;
1811   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1812     if (NumPhis > 2)
1813       return false;
1814
1815   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1816   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1817   // that need to be moved to the dominating block.
1818   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1819   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1820            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1821   MaxCostVal0 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1822   MaxCostVal1 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1823
1824   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1825     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1826     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1827       PN->replaceAllUsesWith(V);
1828       PN->eraseFromParent();
1829       continue;
1830     }
1831
1832     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1833                              MaxCostVal0, TTI) ||
1834         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1835                              MaxCostVal1, TTI))
1836       return false;
1837   }
1838
1839   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1840   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1841   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1842   if (!PN) return true;
1843
1844   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1845   // often be turned into switches and other things.
1846   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1847       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1848        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1849        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1850     return false;
1851
1852   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1853   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1854   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1855   // worth promoting to select instructions.
1856   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
1857   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1858   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1859   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1860     IfBlock1 = nullptr;
1861   } else {
1862     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1863     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1864       if (!AggressiveInsts.count(&*I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1865         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1866         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1867         // flow, so the xform is not worth it.
1868         return false;
1869       }
1870   }
1871
1872   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1873     IfBlock2 = nullptr;
1874   } else {
1875     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1876     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1877       if (!AggressiveInsts.count(&*I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1878         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1879         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1880         // flow, so the xform is not worth it.
1881         return false;
1882       }
1883   }
1884
1885   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1886                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1887
1888   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1889   // do all of the PHI's now.
1890   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1891   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1892
1893   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1894   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1895   if (IfBlock1)
1896     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt->getIterator(),
1897                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1898                                    IfBlock1->getTerminator()->getIterator());
1899   if (IfBlock2)
1900     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt->getIterator(),
1901                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1902                                    IfBlock2->getTerminator()->getIterator());
1903
1904   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1905     // Change the PHI node into a select instruction.
1906     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1907     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1908
1909     SelectInst *NV =
1910       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1911     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1912     NV->takeName(PN);
1913     PN->eraseFromParent();
1914   }
1915
1916   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1917   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1918   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1919   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1920   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1921   Builder.CreateBr(BB);
1922   OldTI->eraseFromParent();
1923   return true;
1924 }
1925
1926 /// If we found a conditional branch that goes to two returning blocks,
1927 /// try to merge them together into one return,
1928 /// introducing a select if the return values disagree.
1929 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1930                                            IRBuilder<> &Builder) {
1931   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1932   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1933   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1934   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1935   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1936
1937   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1938   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1939   // computation on one path or the other.
1940   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1941     return false;
1942   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1943     return false;
1944
1945   Builder.SetInsertPoint(BI);
1946   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1947   // there is no return value for this function, just change the
1948   // branch into a return.
1949   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1950     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1951     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1952     Builder.CreateRetVoid();
1953     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1954     return true;
1955   }
1956
1957   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1958   // so we can insert a new select instruction.
1959   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1960   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1961
1962   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1963   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1964     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1965       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1966   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1967     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1968       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1969
1970   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1971   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1972   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1973   // constant expression that prevents this transformation from being
1974   // safe.
1975   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1976     if (TCV->canTrap())
1977       return false;
1978   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1979     if (FCV->canTrap())
1980       return false;
1981
1982   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1983   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1984   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1985   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1986
1987   // Insert select instructions where needed.
1988   Value *BrCond = BI->getCondition();
1989   if (TrueValue) {
1990     // Insert a select if the results differ.
1991     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1992     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1993       TrueValue = FalseValue;
1994     } else {
1995       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1996                                        FalseValue, "retval");
1997     }
1998   }
1999
2000   Value *RI = !TrueValue ?
2001     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
2002
2003   (void) RI;
2004
2005   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
2006                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
2007                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
2008
2009   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2010
2011   return true;
2012 }
2013
2014 /// Given a conditional BranchInstruction, retrieve the probabilities of the
2015 /// branch taking each edge. Fills in the two APInt parameters and returns true,
2016 /// or returns false if no or invalid metadata was found.
2017 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
2018                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
2019   assert(BI->isConditional() &&
2020          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
2021   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
2022   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
2023   ConstantInt *CITrue =
2024       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
2025   ConstantInt *CIFalse =
2026       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
2027   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
2028   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
2029   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
2030   return true;
2031 }
2032
2033 /// Return true if the given instruction is available
2034 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
2035 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
2036   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
2037     return false;
2038   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
2039     Instruction *PBI = &*I;
2040     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
2041     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
2042       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
2043       Inst->eraseFromParent();
2044       return true;
2045     }
2046   }
2047   return false;
2048 }
2049
2050 /// If this basic block is simple enough, and if a predecessor branches to us
2051 /// and one of our successors, fold the block into the predecessor and use
2052 /// logical operations to pick the right destination.
2053 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, unsigned BonusInstThreshold) {
2054   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2055
2056   Instruction *Cond = nullptr;
2057   if (BI->isConditional())
2058     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2059   else {
2060     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2061     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2062     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2063     // predecessor.
2064     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2065       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2066         if (PBI->isConditional() &&
2067             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2068              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2069           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2070                I != E; ) {
2071             Instruction *Curr = &*I++;
2072             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2073               Cond = Curr;
2074               break;
2075             }
2076             // Quit if we can't remove this instruction.
2077             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2078               return false;
2079           }
2080         }
2081
2082     if (!Cond)
2083       return false;
2084   }
2085
2086   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2087       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2088   return false;
2089
2090   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2091   BasicBlock::iterator CondIt = ++Cond->getIterator();
2092
2093   // Ignore dbg intrinsics.
2094   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2095
2096   if (&*CondIt != BI)
2097     return false;
2098
2099   // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
2100   // too many instructions and these involved instructions can be executed
2101   // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
2102   // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
2103   // number of the bonus instructions does not exceed a certain threshold.
2104   unsigned NumBonusInsts = 0;
2105   for (auto I = BB->begin(); Cond != I; ++I) {
2106     // Ignore dbg intrinsics.
2107     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2108       continue;
2109     if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&*I))
2110       return false;
2111     // I has only one use and can be executed unconditionally.
2112     Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
2113     if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
2114       return false;
2115     // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
2116     // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
2117     // and Cond.
2118     ++NumBonusInsts;
2119     // Early exits once we reach the limit.
2120     if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
2121       return false;
2122   }
2123
2124   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2125   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2126   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2127     if (CE->canTrap())
2128       return false;
2129   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2130     if (CE->canTrap())
2131       return false;
2132
2133   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2134   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2135   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2136   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2137     return false;
2138
2139   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2140     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2141     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2142
2143     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2144     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2145     // blocks.
2146     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2147     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2148         (BI->isConditional() &&
2149          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2150         (!BI->isConditional() &&
2151          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2152       continue;
2153
2154     // Determine if the two branches share a common destination.
2155     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2156     bool InvertPredCond = false;
2157
2158     if (BI->isConditional()) {
2159       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2160         Opc = Instruction::Or;
2161       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2162         Opc = Instruction::And;
2163       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2164         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2165       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2166         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2167       else
2168         continue;
2169     } else {
2170       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2171         continue;
2172     }
2173
2174     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2175     IRBuilder<> Builder(PBI);
2176
2177     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2178     if (InvertPredCond) {
2179       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2180
2181       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2182         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2183         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2184       } else {
2185         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2186                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2187       }
2188
2189       PBI->setCondition(NewCond);
2190       PBI->swapSuccessors();
2191     }
2192
2193     // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
2194     // Note that there may be multiple predecessor blocks, so we cannot move
2195     // bonus instructions to a predecessor block.
2196     ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
2197     // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
2198     // all instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
2199     // instructions.
2200     for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != BonusInst; ++BonusInst) {
2201       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
2202         continue;
2203       Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
2204       RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
2205                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2206       VMap[&*BonusInst] = NewBonusInst;
2207
2208       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2209       // its potential value. The previous information might have been valid
2210       // only given the branch precondition.
2211       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2212       // semantics we don't understand.
2213       NewBonusInst->dropUnknownNonDebugMetadata();
2214
2215       PredBlock->getInstList().insert(PBI->getIterator(), NewBonusInst);
2216       NewBonusInst->takeName(&*BonusInst);
2217       BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
2218     }
2219
2220     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2221     // two conditions together.
2222     Instruction *New = Cond->clone();
2223     RemapInstruction(New, VMap,
2224                      RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2225     PredBlock->getInstList().insert(PBI->getIterator(), New);
2226     New->takeName(Cond);
2227     Cond->setName(New->getName() + ".old");
2228
2229     if (BI->isConditional()) {
2230       Instruction *NewCond =
2231         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2232                                             New, "or.cond"));
2233       PBI->setCondition(NewCond);
2234
2235       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2236       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2237                                                   PredFalseWeight);
2238       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2239                                                   SuccFalseWeight);
2240       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2241
2242       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2243         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2244           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2245           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2246           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2247           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2248           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2249           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2250           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2251           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2252           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2253                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2254         }
2255         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2256         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2257       }
2258       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2259         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2260           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2261           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2262           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2263           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2264           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2265               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2266           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2267           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2268         }
2269         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2270         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2271       }
2272       if (NewWeights.size() == 2) {
2273         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2274         FitWeights(NewWeights);
2275
2276         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2277         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2278                          MDBuilder(BI->getContext()).
2279                          createBranchWeights(MDWeights));
2280       } else
2281         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2282     } else {
2283       // Update PHI nodes in the common successors.
2284       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2285         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2286           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2287         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2288         Instruction *MergedCond = nullptr;
2289         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2290           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2291           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2292           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2293           Instruction *NotCond =
2294             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2295                                 "not.cond"));
2296           MergedCond =
2297             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2298                                 NotCond, New,
2299                                 "and.cond"));
2300           if (PBI_C->isOne())
2301             MergedCond =
2302               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2303                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2304                                   "or.cond"));
2305         } else {
2306           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2307           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2308           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2309           MergedCond =
2310             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2311                                 PBI->getCondition(), New,
2312                                 "and.cond"));
2313           if (PBI_C->isOne()) {
2314             Instruction *NotCond =
2315               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2316                                   "not.cond"));
2317             MergedCond =
2318               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2319                                   NotCond, MergedCond,
2320                                   "or.cond"));
2321           }
2322         }
2323         // Update PHI Node.
2324         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2325                                   MergedCond);
2326       }
2327       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2328       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2329       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2330       PBI = New_PBI;
2331     }
2332
2333     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2334     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2335
2336     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2337     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2338       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2339         I->clone()->insertBefore(PBI);
2340
2341     return true;
2342   }
2343   return false;
2344 }
2345
2346
2347 /// Return true if B is known to be implied by A.  A & B must be i1 (boolean)
2348 static bool implies(Value *A, Value *B, const DataLayout &DL) {
2349   assert(A->getType()->isIntegerTy(1) && B->getType()->isIntegerTy(1));
2350   // Note that the truth table for implication is the same as <=u on i1
2351   // values. 
2352   Value *Simplified = SimplifyICmpInst(ICmpInst::ICMP_ULE, A, B, DL);
2353   Constant *Con = dyn_cast_or_null<Constant>(Simplified);
2354   return Con && Con->isOneValue();
2355 }
2356
2357 /// If we have a series of tests leading to a frequently executed fallthrough
2358 /// path and we can test all the conditions at once, we can execute a single
2359 /// test on the fast path and figure out which condition failed on the slow
2360 /// path.  This transformation considers a pair of branches at a time since
2361 /// recursively considering branches pairwise will cause an entire chain to
2362 /// collapse.  This transformation is code size neutral, but makes it
2363 /// dynamically more expensive to fail either check.  As such, we only want to
2364 /// do this if both checks are expected to essentially never fail.
2365 /// The key motivating examples are cases like:
2366 ///   br (i < Length), in_bounds, fail1
2367 /// in_bounds:
2368 ///   br (i+1 < Length), in_bounds2, fail2
2369 /// in_bounds2:
2370 ///   ...
2371 ///
2372 /// We can rewrite this as:
2373 ///   br (i+1 < Length), in_bounds2, dispatch
2374 /// in_bounds2:
2375 ///   ...
2376 /// dispatch:
2377 ///   br (i < Length), fail2, fail1
2378 ///
2379 /// TODO: we could consider duplicating some (non-speculatable) instructions
2380 /// from BI->getParent() down both paths
2381 static bool SpeculativelyFlattenCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI,
2382                                                        const DataLayout &DL) {
2383   auto *PredBB = PBI->getParent();
2384   auto *BB = BI->getParent();
2385
2386   /// Is the failing path of this branch taken rarely if at all?
2387   auto isRarelyUntaken = [](BranchInst *BI) {
2388     uint64_t ProbTrue;
2389     uint64_t ProbFalse;
2390     if (!ExtractBranchMetadata(BI, ProbTrue, ProbFalse))
2391       return false;
2392     return ProbTrue > ProbFalse * SpeculativeFlattenBias;
2393   };
2394
2395   if (PBI->getSuccessor(0) != BB ||
2396       !isRarelyUntaken(PBI) || !isRarelyUntaken(BI) ||
2397       !implies(BI->getCondition(), PBI->getCondition(), DL))
2398     return false;
2399
2400   // TODO: The following code performs a similiar, but slightly distinct
2401   // transformation to that done by SpeculativelyExecuteBB.  We should consider
2402   // combining them at some point.
2403
2404   // Can we speculate everything in the given block (except for the terminator
2405   // instruction) at the instruction boundary before 'At'?
2406   unsigned SpeculationCost = 0;
2407   for (Instruction &I : *BB) {
2408     if (isa<TerminatorInst>(I)) break;
2409     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(&I, PBI))
2410       return false;
2411     SpeculationCost++;
2412     // Only flatten relatively small BBs to avoid making the bad case terrible
2413     if (SpeculationCost > SpeculativeFlattenThreshold || isa<CallInst>(I))
2414       return false;
2415   }
2416
2417   DEBUG(dbgs() << "Outlining slow path comparison: "
2418         << *PBI->getCondition() << " implied by "
2419         << *BI->getCondition() << "\n");
2420   // See the example in the function comment.
2421   Value *WhichCond = PBI->getCondition();
2422   auto *Success = BI->getSuccessor(0);
2423   auto *FailPBI = PBI->getSuccessor(1);
2424   auto *FailBI =  BI->getSuccessor(1);
2425   // Have PBI branch directly to the fast path using BI's condition, branch
2426   // to this BI's block for the slow path dispatch
2427   PBI->setSuccessor(0, Success);
2428   PBI->setSuccessor(1, BB);
2429   PBI->setCondition(BI->getCondition());
2430   // Rewrite BI to distinguish between the two failing cases
2431   BI->setSuccessor(0, FailBI);
2432   BI->setSuccessor(1, FailPBI);
2433   BI->setCondition(WhichCond);
2434   // Move all of the instructions from BI->getParent other than
2435   // the terminator into the fastpath.  This requires speculating them past
2436   // the original PBI branch, but we checked for that legality above.
2437   // TODO: This doesn't handle dependent loads.  We could duplicate those
2438   // down both paths, but that involves further code growth.  We need to
2439   // figure out a good cost model here.
2440   PredBB->getInstList().splice(PBI, BB->getInstList(),
2441                                BB->begin(), std::prev(BB->end()));
2442
2443   // To be conservatively correct, drop all metadata on the rewritten
2444   // branches.  TODO: update metadata
2445   PBI->dropUnknownNonDebugMetadata();
2446   BI->dropUnknownNonDebugMetadata();
2447   return true;
2448 }
2449 /// If we have a conditional branch as a predecessor of another block,
2450 /// this function tries to simplify it.  We know
2451 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2452 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2453 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI,
2454                                            const DataLayout &DL) {
2455   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2456   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2457
2458   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2459   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2460   // this conditional branch redundant.
2461   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2462       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2463     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2464     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2465     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2466       // Turn this into a branch on constant.
2467       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2468       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2469                                         CondIsTrue));
2470       return true;  // Nuke the branch on constant.
2471     }
2472
2473     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2474     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2475     // simplifycfg will thread the block.
2476     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2477       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2478       PHINode *NewPN = PHINode::Create(
2479           Type::getInt1Ty(BB->getContext()), std::distance(PB, PE),
2480           BI->getCondition()->getName() + ".pr", &BB->front());
2481       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2482       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2483       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2484       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2485         BasicBlock *P = *PI;
2486         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2487             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2488             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2489             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2490           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2491           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2492                                               CondIsTrue), P);
2493         } else {
2494           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2495         }
2496       }
2497
2498       BI->setCondition(NewPN);
2499       return true;
2500     }
2501   }
2502
2503   if (auto *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2504     if (CE->canTrap())
2505       return false;
2506
2507   if (SpeculativelyFlattenCondBranchToCondBranch(PBI, BI, DL))
2508     return true;
2509
2510   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2511   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
2512   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2513   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2514   // Ignore dbg intrinsics.
2515   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2516     ++BBI;
2517   if (&*BBI != BI)
2518     return false;
2519
2520   int PBIOp, BIOp;
2521   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2522     PBIOp = BIOp = 0;
2523   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2524     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2525   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2526     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2527   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2528     PBIOp = BIOp = 1;
2529   else
2530     return false;
2531
2532   // Check to make sure that the other destination of this branch
2533   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2534   // keep getting unwound.
2535   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2536     return false;
2537
2538   // Do not perform this transformation if it would require
2539   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2540   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2541
2542   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
2543   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
2544   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
2545
2546   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2547   unsigned NumPhis = 0;
2548   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2549        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis) {
2550     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2551       return false;
2552
2553     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
2554     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2555     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
2556       if (CE->canTrap())
2557         return false;
2558
2559     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2560     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2561     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
2562       if (CE->canTrap())
2563         return false;
2564   }
2565
2566   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2567   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2568
2569   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2570                << "AND: " << *BI->getParent());
2571
2572
2573   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2574   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2575   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2576   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2577   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2578   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2579   // infinite loop with no cond branch.
2580   if (OtherDest == BB) {
2581     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2582     // or it won't matter if it's hot. :)
2583     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2584                                                   "infloop", BB->getParent());
2585     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2586     OtherDest = InfLoopBlock;
2587   }
2588
2589   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2590
2591   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2592   // it alone, but modify PBI.
2593
2594   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2595   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2596   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2597   if (PBIOp)
2598     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2599
2600   Value *BICond = BI->getCondition();
2601   if (BIOp)
2602     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2603
2604   // Merge the conditions.
2605   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2606
2607   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2608   PBI->setCondition(Cond);
2609   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2610   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2611
2612   // Update branch weight for PBI.
2613   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2614   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2615                                               PredFalseWeight);
2616   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2617                                               SuccFalseWeight);
2618   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2619     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2620     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2621     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2622     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2623     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2624     //                                    PredOther * SuccCommon.
2625     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2626     uint64_t NewWeights[2] = {PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2627                                   PredOther * SuccCommon,
2628                               PredOther * SuccOther};
2629     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2630     FitWeights(NewWeights);
2631
2632     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2633                      MDBuilder(BI->getContext())
2634                          .createBranchWeights(NewWeights[0], NewWeights[1]));
2635   }
2636
2637   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2638   // block that are identical to the entries for BI's block.
2639   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2640
2641   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2642   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2643   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2644   // them agree.
2645   PHINode *PN;
2646   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2647        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2648     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2649     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2650     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2651     if (BIV != PBIV) {
2652       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2653       Value *NV = cast<SelectInst>
2654         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2655       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2656     }
2657   }
2658
2659   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2660   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2661
2662   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2663   // one fewer predecessor.
2664   return true;
2665 }
2666
2667 // Simplifies a terminator by replacing it with a branch to TrueBB if Cond is
2668 // true or to FalseBB if Cond is false.
2669 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2670 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2671 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2672 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2673                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2674                                        uint32_t TrueWeight,
2675                                        uint32_t FalseWeight){
2676   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2677   // First, figure out which successors to preserve.
2678   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2679   // successor.
2680   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2681   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
2682
2683   // Then remove the rest.
2684   for (BasicBlock *Succ : OldTerm->successors()) {
2685     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2686     if (Succ == KeepEdge1)
2687       KeepEdge1 = nullptr;
2688     else if (Succ == KeepEdge2)
2689       KeepEdge2 = nullptr;
2690     else
2691       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2692   }
2693
2694   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2695   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2696
2697   // Insert an appropriate new terminator.
2698   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
2699     if (TrueBB == FalseBB)
2700       // We were only looking for one successor, and it was present.
2701       // Create an unconditional branch to it.
2702       Builder.CreateBr(TrueBB);
2703     else {
2704       // We found both of the successors we were looking for.
2705       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2706       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2707       if (TrueWeight != FalseWeight)
2708         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2709                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2710                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2711     }
2712   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2713     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2714     // terminator must be unreachable.
2715     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2716   } else {
2717     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2718     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2719     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2720     if (!KeepEdge1)
2721       // Only TrueBB was found.
2722       Builder.CreateBr(TrueBB);
2723     else
2724       // Only FalseBB was found.
2725       Builder.CreateBr(FalseBB);
2726   }
2727
2728   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2729   return true;
2730 }
2731
2732 // Replaces
2733 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2734 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2735 // unconditional otherwise.
2736 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2737   // Check for constant integer values in the select.
2738   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2739   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2740   if (!TrueVal || !FalseVal)
2741     return false;
2742
2743   // Find the relevant condition and destinations.
2744   Value *Condition = Select->getCondition();
2745   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2746   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2747
2748   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2749   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2750   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2751   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2752   if (HasWeights) {
2753     GetBranchWeights(SI, Weights);
2754     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2755       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2756                                      getSuccessorIndex()];
2757       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2758                                       getSuccessorIndex()];
2759     }
2760   }
2761
2762   // Perform the actual simplification.
2763   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2764                                     TrueWeight, FalseWeight);
2765 }
2766
2767 // Replaces
2768 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2769 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2770 // with
2771 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2772 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2773   // Check that both operands of the select are block addresses.
2774   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2775   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2776   if (!TBA || !FBA)
2777     return false;
2778
2779   // Extract the actual blocks.
2780   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2781   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2782
2783   // Perform the actual simplification.
2784   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2785                                     0, 0);
2786 }
2787
2788 /// This is called when we find an icmp instruction
2789 /// (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2790 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2791 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2792 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2793 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2794 /// like:
2795 ///
2796 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2797 /// DEFAULT:
2798 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2799 ///   br label %end
2800 /// end:
2801 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2802 ///
2803 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2804 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2805 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2806     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const DataLayout &DL,
2807     const TargetTransformInfo &TTI, unsigned BonusInstThreshold,
2808     AssumptionCache *AC) {
2809   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2810
2811   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2812   // complex.
2813   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2814
2815   Value *V = ICI->getOperand(0);
2816   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2817
2818   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2819   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2820   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2821   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2822   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2823
2824   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2825   if (SI->getCondition() != V)
2826     return false;
2827
2828   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2829   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2830   // away.
2831   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2832     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2833     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2834     ICI->setOperand(0, VVal);
2835
2836     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
2837       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2838       ICI->eraseFromParent();
2839     }
2840     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2841     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
2842   }
2843
2844   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2845   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2846   // and zap it.
2847   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2848     Value *V;
2849     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2850       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2851     else
2852       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2853
2854     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2855     ICI->eraseFromParent();
2856     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2857     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
2858   }
2859
2860   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2861   // the block.
2862   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2863   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
2864   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2865       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2866     return false;
2867
2868   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2869   // true in the PHI.
2870   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2871   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2872
2873   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2874     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2875
2876   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2877   // false depending on if it is EQ or NE.
2878   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2879   ICI->eraseFromParent();
2880
2881   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2882   // the switch to the merge point on the compared value.
2883   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2884                                          BB->getParent(), BB);
2885   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2886   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2887   if (HasWeights) {
2888     GetBranchWeights(SI, Weights);
2889     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2890       // Split weight for default case to case for "Cst".
2891       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2892       Weights.push_back(Weights[0]);
2893
2894       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2895       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2896                       MDBuilder(SI->getContext()).
2897                       createBranchWeights(MDWeights));
2898     }
2899   }
2900   SI->addCase(Cst, NewBB);
2901
2902   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2903   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2904   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2905   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2906   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2907   return true;
2908 }
2909
2910 /// The specified branch is a conditional branch.
2911 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2912 /// fold it into a switch instruction if so.
2913 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder,
2914                                       const DataLayout &DL) {
2915   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2916   if (!Cond) return false;
2917
2918   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2919   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2920   // 'setne's and'ed together, collect them.
2921
2922   // Try to gather values from a chain of and/or to be turned into a switch
2923   ConstantComparesGatherer ConstantCompare(Cond, DL);
2924   // Unpack the result
2925   SmallVectorImpl<ConstantInt*> &Values = ConstantCompare.Vals;
2926   Value *CompVal = ConstantCompare.CompValue;
2927   unsigned UsedICmps = ConstantCompare.UsedICmps;
2928   Value *ExtraCase = ConstantCompare.Extra;
2929
2930   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2931   if (!CompVal) return false;
2932
2933   // Avoid turning single icmps into a switch.
2934   if (UsedICmps <= 1)
2935     return false;
2936
2937   bool TrueWhenEqual = (Cond->getOpcode() == Instruction::Or);
2938
2939   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2940   // instruction can't handle, remove them now.
2941   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2942   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2943
2944   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2945   // transformation.  A switch with one value is just a conditional branch.
2946   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2947
2948   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2949   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2950
2951   // Figure out which block is which destination.
2952   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2953   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2954   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2955
2956   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2957
2958   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2959                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2960
2961   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2962   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2963   // right before the condbr to handle it.
2964   if (ExtraCase) {
2965     BasicBlock *NewBB =
2966         BB->splitBasicBlock(BI->getIterator(), "switch.early.test");
2967     // Remove the uncond branch added to the old block.
2968     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2969     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2970
2971     if (TrueWhenEqual)
2972       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2973     else
2974       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2975
2976     OldTI->eraseFromParent();
2977
2978     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2979     // for the edge we just added.
2980     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2981
2982     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2983           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2984     BB = NewBB;
2985   }
2986
2987   Builder.SetInsertPoint(BI);
2988   // Convert pointer to int before we switch.
2989   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2990     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(
2991         CompVal, DL.getIntPtrType(CompVal->getType()), "magicptr");
2992   }
2993
2994   // Create the new switch instruction now.
2995   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2996
2997   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2998   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2999     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
3000
3001   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
3002   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
3003   // the number of edges added.
3004   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
3005        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3006     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
3007     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
3008     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
3009       PN->addIncoming(InVal, BB);
3010   }
3011
3012   // Erase the old branch instruction.
3013   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3014
3015   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
3016   return true;
3017 }
3018
3019 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
3020   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
3021   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
3022   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3023   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
3024   if (RI->getValue() != LPInst)
3025     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
3026     // caused control to branch here.
3027     return false;
3028
3029   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
3030   BasicBlock::iterator I = LPInst->getIterator(), E = RI->getIterator();
3031   while (++I != E)
3032     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3033       return false;
3034
3035   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
3036   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
3037     BasicBlock *Pred = *PI++;
3038     removeUnwindEdge(Pred);
3039   }
3040
3041   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
3042   BB->eraseFromParent();
3043   return true;
3044 }
3045
3046 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCleanupReturn(CleanupReturnInst *RI) {
3047   // If this is a trivial cleanup pad that executes no instructions, it can be
3048   // eliminated.  If the cleanup pad continues to the caller, any predecessor
3049   // that is an EH pad will be updated to continue to the caller and any
3050   // predecessor that terminates with an invoke instruction will have its invoke
3051   // instruction converted to a call instruction.  If the cleanup pad being
3052   // simplified does not continue to the caller, each predecessor will be
3053   // updated to continue to the unwind destination of the cleanup pad being
3054   // simplified.
3055   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3056   Instruction *CPInst = dyn_cast<CleanupPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
3057   if (!CPInst)
3058     // This isn't an empty cleanup.
3059     return false;
3060
3061   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
3062   BasicBlock::iterator I = CPInst->getIterator(), E = RI->getIterator();
3063   while (++I != E)
3064     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3065       return false;
3066
3067   // If the cleanup return we are simplifying unwinds to the caller, this
3068   // will set UnwindDest to nullptr.
3069   BasicBlock *UnwindDest = RI->getUnwindDest();
3070
3071   // We're about to remove BB from the control flow.  Before we do, sink any
3072   // PHINodes into the unwind destination.  Doing this before changing the
3073   // control flow avoids some potentially slow checks, since we can currently
3074   // be certain that UnwindDest and BB have no common predecessors (since they
3075   // are both EH pads).
3076   if (UnwindDest) {
3077     // First, go through the PHI nodes in UnwindDest and update any nodes that
3078     // reference the block we are removing
3079     for (BasicBlock::iterator I = UnwindDest->begin(),
3080                               IE = UnwindDest->getFirstNonPHI()->getIterator();
3081          I != IE; ++I) {
3082       PHINode *DestPN = cast<PHINode>(I);
3083  
3084       int Idx = DestPN->getBasicBlockIndex(BB);
3085       // Since BB unwinds to UnwindDest, it has to be in the PHI node.
3086       assert(Idx != -1);
3087       // This PHI node has an incoming value that corresponds to a control
3088       // path through the cleanup pad we are removing.  If the incoming
3089       // value is in the cleanup pad, it must be a PHINode (because we
3090       // verified above that the block is otherwise empty).  Otherwise, the
3091       // value is either a constant or a value that dominates the cleanup
3092       // pad being removed.
3093       //
3094       // Because BB and UnwindDest are both EH pads, all of their
3095       // predecessors must unwind to these blocks, and since no instruction
3096       // can have multiple unwind destinations, there will be no overlap in
3097       // incoming blocks between SrcPN and DestPN.
3098       Value *SrcVal = DestPN->getIncomingValue(Idx);
3099       PHINode *SrcPN = dyn_cast<PHINode>(SrcVal);
3100
3101       // Remove the entry for the block we are deleting.
3102       DestPN->removeIncomingValue(Idx, false);
3103
3104       if (SrcPN && SrcPN->getParent() == BB) {
3105         // If the incoming value was a PHI node in the cleanup pad we are
3106         // removing, we need to merge that PHI node's incoming values into
3107         // DestPN.
3108         for (unsigned SrcIdx = 0, SrcE = SrcPN->getNumIncomingValues(); 
3109               SrcIdx != SrcE; ++SrcIdx) {
3110           DestPN->addIncoming(SrcPN->getIncomingValue(SrcIdx),
3111                               SrcPN->getIncomingBlock(SrcIdx));
3112         }
3113       } else {
3114         // Otherwise, the incoming value came from above BB and
3115         // so we can just reuse it.  We must associate all of BB's
3116         // predecessors with this value.
3117         for (auto *pred : predecessors(BB)) {
3118           DestPN->addIncoming(SrcVal, pred);
3119         }
3120       }
3121     }
3122
3123     // Sink any remaining PHI nodes directly into UnwindDest.
3124     Instruction *InsertPt = UnwindDest->getFirstNonPHI();
3125     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(),
3126                               IE = BB->getFirstNonPHI()->getIterator();
3127          I != IE;) {
3128       // The iterator must be incremented here because the instructions are
3129       // being moved to another block.
3130       PHINode *PN = cast<PHINode>(I++);
3131       if (PN->use_empty())
3132         // If the PHI node has no uses, just leave it.  It will be erased
3133         // when we erase BB below.
3134         continue;
3135
3136       // Otherwise, sink this PHI node into UnwindDest.
3137       // Any predecessors to UnwindDest which are not already represented
3138       // must be back edges which inherit the value from the path through
3139       // BB.  In this case, the PHI value must reference itself.
3140       for (auto *pred : predecessors(UnwindDest))
3141         if (pred != BB)
3142           PN->addIncoming(PN, pred);
3143       PN->moveBefore(InsertPt);
3144     }
3145   }
3146
3147   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
3148     // The iterator must be updated here because we are removing this pred.
3149     BasicBlock *PredBB = *PI++;
3150     if (UnwindDest == nullptr) {
3151       removeUnwindEdge(PredBB);
3152     } else {
3153       TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
3154       TI->replaceUsesOfWith(BB, UnwindDest);
3155     }
3156   }
3157
3158   // The cleanup pad is now unreachable.  Zap it.
3159   BB->eraseFromParent();
3160   return true;
3161 }
3162
3163 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
3164   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3165   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
3166
3167   // Find predecessors that end with branches.
3168   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
3169   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
3170   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
3171     BasicBlock *P = *PI;
3172     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
3173     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
3174       if (BI->isUnconditional())
3175         UncondBranchPreds.push_back(P);
3176       else
3177         CondBranchPreds.push_back(BI);
3178     }
3179   }
3180
3181   // If we found some, do the transformation!
3182   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
3183     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
3184       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
3185       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
3186             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
3187       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
3188     }
3189
3190     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
3191     if (pred_empty(BB))
3192       // We know there are no successors, so just nuke the block.
3193       BB->eraseFromParent();
3194
3195     return true;
3196   }
3197
3198   // Check out all of the conditional branches going to this return
3199   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
3200   // branch itself into a select/return pair.
3201   while (!CondBranchPreds.empty()) {
3202     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
3203
3204     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
3205     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
3206         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
3207         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
3208       return true;
3209   }
3210   return false;
3211 }
3212
3213 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
3214   BasicBlock *BB = UI->getParent();
3215
3216   bool Changed = false;
3217
3218   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
3219   // be removed, do so.
3220   while (UI->getIterator() != BB->begin()) {
3221     BasicBlock::iterator BBI = UI->getIterator();
3222     --BBI;
3223     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
3224     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
3225     // operations may have this effect.
3226     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
3227
3228     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3229       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3230         if (SI->isVolatile())
3231           break;
3232       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3233         if (LI->isVolatile())
3234           break;
3235       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3236         if (RMWI->isVolatile())
3237           break;
3238       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3239         if (CXI->isVolatile())
3240           break;
3241       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3242                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3243         break;
3244       }
3245       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3246       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3247       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3248       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3249     }
3250
3251     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3252     if (!BBI->use_empty())
3253       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3254     BBI->eraseFromParent();
3255     Changed = true;
3256   }
3257
3258   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3259   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3260   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3261
3262   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3263   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3264     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3265     IRBuilder<> Builder(TI);
3266     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3267       if (BI->isUnconditional()) {
3268         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3269           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3270           TI->eraseFromParent();
3271           Changed = true;
3272         }
3273       } else {
3274         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3275           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3276           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3277         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3278           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3279           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3280           Changed = true;
3281         }
3282       }
3283     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3284       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3285            i != e; ++i)
3286         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3287           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3288           SI->removeCase(i);
3289           --i; --e;
3290           Changed = true;
3291         }
3292     } else if ((isa<InvokeInst>(TI) &&
3293                 cast<InvokeInst>(TI)->getUnwindDest() == BB) ||
3294                isa<CatchEndPadInst>(TI) || isa<TerminatePadInst>(TI)) {
3295       removeUnwindEdge(TI->getParent());
3296       Changed = true;
3297     } else if (isa<CleanupReturnInst>(TI) || isa<CleanupEndPadInst>(TI) ||
3298                isa<CatchReturnInst>(TI)) {
3299       new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3300       TI->eraseFromParent();
3301       Changed = true;
3302     }
3303     // TODO: If TI is a CatchPadInst, then (BB must be its normal dest and)
3304     // we can eliminate it, redirecting its preds to its unwind successor,
3305     // or to the next outer handler if the removed catch is the last for its
3306     // catchendpad.
3307   }
3308
3309   // If this block is now dead, remove it.
3310   if (pred_empty(BB) &&
3311       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3312     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3313     BB->eraseFromParent();
3314     return true;
3315   }
3316
3317   return Changed;
3318 }
3319
3320 static bool CasesAreContiguous(SmallVectorImpl<ConstantInt *> &Cases) {
3321   assert(Cases.size() >= 1);
3322
3323   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3324   for (size_t I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3325     if (Cases[I - 1]->getValue() != Cases[I]->getValue() + 1)
3326       return false;
3327   }
3328   return true;
3329 }
3330
3331 /// Turn a switch with two reachable destinations into an integer range
3332 /// comparison and branch.
3333 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3334   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3335
3336   bool HasDefault =
3337       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
3338
3339   // Partition the cases into two sets with different destinations.
3340   BasicBlock *DestA = HasDefault ? SI->getDefaultDest() : nullptr;
3341   BasicBlock *DestB = nullptr;
3342   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesA;
3343   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesB;
3344
3345   for (SwitchInst::CaseIt I : SI->cases()) {
3346     BasicBlock *Dest = I.getCaseSuccessor();
3347     if (!DestA) DestA = Dest;
3348     if (Dest == DestA) {
3349       CasesA.push_back(I.getCaseValue());
3350       continue;
3351     }
3352     if (!DestB) DestB = Dest;
3353     if (Dest == DestB) {
3354       CasesB.push_back(I.getCaseValue());
3355       continue;
3356     }
3357     return false;  // More than two destinations.
3358   }
3359
3360   assert(DestA && DestB && "Single-destination switch should have been folded.");
3361   assert(DestA != DestB);
3362   assert(DestB != SI->getDefaultDest());
3363   assert(!CasesB.empty() && "There must be non-default cases.");
3364   assert(!CasesA.empty() || HasDefault);
3365
3366   // Figure out if one of the sets of cases form a contiguous range.
3367   SmallVectorImpl<ConstantInt *> *ContiguousCases = nullptr;
3368   BasicBlock *ContiguousDest = nullptr;
3369   BasicBlock *OtherDest = nullptr;
3370   if (!CasesA.empty() && CasesAreContiguous(CasesA)) {
3371     ContiguousCases = &CasesA;
3372     ContiguousDest = DestA;
3373     OtherDest = DestB;
3374   } else if (CasesAreContiguous(CasesB)) {
3375     ContiguousCases = &CasesB;
3376     ContiguousDest = DestB;
3377     OtherDest = DestA;
3378   } else
3379     return false;
3380
3381   // Start building the compare and branch.
3382
3383   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(ContiguousCases->back());
3384   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), ContiguousCases->size());
3385
3386   Value *Sub = SI->getCondition();
3387   if (!Offset->isNullValue())
3388     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName() + ".off");
3389
3390   Value *Cmp;
3391   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3392   if (NumCases->isNullValue() && !ContiguousCases->empty())
3393     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3394   else
3395     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3396   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cmp, ContiguousDest, OtherDest);
3397
3398   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3399   if (HasBranchWeights(SI)) {
3400     SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3401     GetBranchWeights(SI, Weights);
3402     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3403       uint64_t TrueWeight = 0;
3404       uint64_t FalseWeight = 0;
3405       for (size_t I = 0, E = Weights.size(); I != E; ++I) {
3406         if (SI->getSuccessor(I) == ContiguousDest)
3407           TrueWeight += Weights[I];
3408         else
3409           FalseWeight += Weights[I];
3410       }
3411       while (TrueWeight > UINT32_MAX || FalseWeight > UINT32_MAX) {
3412         TrueWeight /= 2;
3413         FalseWeight /= 2;
3414       }
3415       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3416                          MDBuilder(SI->getContext()).createBranchWeights(
3417                              (uint32_t)TrueWeight, (uint32_t)FalseWeight));
3418     }
3419   }
3420
3421   // Prune obsolete incoming values off the successors' PHI nodes.
3422   for (auto BBI = ContiguousDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3423     unsigned PreviousEdges = ContiguousCases->size();
3424     if (ContiguousDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3425     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3426       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3427   }
3428   for (auto BBI = OtherDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3429     unsigned PreviousEdges = SI->getNumCases() - ContiguousCases->size();
3430     if (OtherDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3431     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3432       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3433   }
3434
3435   // Drop the switch.
3436   SI->eraseFromParent();
3437
3438   return true;
3439 }
3440
3441 /// Compute masked bits for the condition of a switch
3442 /// and use it to remove dead cases.
3443 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, AssumptionCache *AC,
3444                                      const DataLayout &DL) {
3445   Value *Cond = SI->getCondition();
3446   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3447   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3448   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AC, SI);
3449
3450   // Gather dead cases.
3451   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3452   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3453     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3454         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3455       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3456       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3457                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3458     }
3459   }
3460
3461   // If we can prove that the cases must cover all possible values, the 
3462   // default destination becomes dead and we can remove it.  If we know some 
3463   // of the bits in the value, we can use that to more precisely compute the
3464   // number of possible unique case values.
3465   bool HasDefault =
3466     !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
3467   const unsigned NumUnknownBits = Bits - 
3468     (KnownZero.Or(KnownOne)).countPopulation();
3469   assert(NumUnknownBits <= Bits);
3470   if (HasDefault && DeadCases.empty() &&
3471       NumUnknownBits < 64 /* avoid overflow */ &&  
3472       SI->getNumCases() == (1ULL << NumUnknownBits)) {
3473     DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch default is dead.\n");
3474     BasicBlock *NewDefault = SplitBlockPredecessors(SI->getDefaultDest(),
3475                                                     SI->getParent(), "");
3476     SI->setDefaultDest(&*NewDefault);
3477     SplitBlock(&*NewDefault, &NewDefault->front());
3478     auto *OldTI = NewDefault->getTerminator();
3479     new UnreachableInst(SI->getContext(), OldTI);
3480     EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTI);
3481     return true;
3482   }
3483
3484   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3485   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3486   if (HasWeight) {
3487     GetBranchWeights(SI, Weights);
3488     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3489   }
3490
3491   // Remove dead cases from the switch.
3492   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3493     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3494     assert(Case != SI->case_default() &&
3495            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3496     if (HasWeight) {
3497       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3498       Weights.pop_back();
3499     }
3500
3501     // Prune unused values from PHI nodes.
3502     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3503     SI->removeCase(Case);
3504   }
3505   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3506     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3507     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3508                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3509                     createBranchWeights(MDWeights));
3510   }
3511
3512   return !DeadCases.empty();
3513 }
3514
3515 /// If BB would be eligible for simplification by
3516 /// TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3517 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3518 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3519 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3520 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3521                                               BasicBlock *BB,
3522                                               int *PhiIndex) {
3523   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3524     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3525   if (!BB->getSinglePredecessor())
3526     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
3527
3528   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3529   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3530     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
3531
3532   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3533
3534   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3535   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3536     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3537     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3538
3539     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3540     if (InValue != CaseValue) continue;
3541
3542     *PhiIndex = Idx;
3543     return PHI;
3544   }
3545
3546   return nullptr;
3547 }
3548
3549 /// Try to forward the condition of a switch instruction to a phi node
3550 /// dominated by the switch, if that would mean that some of the destination
3551 /// blocks of the switch can be folded away.
3552 /// Returns true if a change is made.
3553 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3554   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3555   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3556
3557   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3558     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3559     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3560
3561     int PhiIndex;
3562     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3563                                                  &PhiIndex);
3564     if (!PHI) continue;
3565
3566     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3567   }
3568
3569   bool Changed = false;
3570
3571   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3572        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3573     PHINode *Phi = I->first;
3574     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3575
3576     if (Indexes.size() < 2) continue;
3577
3578     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3579       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3580     Changed = true;
3581   }
3582
3583   return Changed;
3584 }
3585
3586 /// Return true if the backend will be able to handle
3587 /// initializing an array of constants like C.
3588 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3589   if (C->isThreadDependent())
3590     return false;
3591   if (C->isDLLImportDependent())
3592     return false;
3593
3594   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3595     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3596
3597   return isa<ConstantFP>(C) ||
3598       isa<ConstantInt>(C) ||
3599       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3600       isa<GlobalValue>(C) ||
3601       isa<UndefValue>(C);
3602 }
3603
3604 /// If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3605 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3606 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3607                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3608   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3609     return C;
3610   return ConstantPool.lookup(V);
3611 }
3612
3613 /// Try to fold instruction I into a constant. This works for
3614 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3615 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3616 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3617 static Constant *
3618 ConstantFold(Instruction *I, const DataLayout &DL,
3619              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool) {
3620   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3621     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3622     if (!A)
3623       return nullptr;
3624     if (A->isAllOnesValue())
3625       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3626     if (A->isNullValue())
3627       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3628     return nullptr;
3629   }
3630
3631   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3632   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3633     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3634       COps.push_back(A);
3635     else
3636       return nullptr;
3637   }
3638
3639   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3640     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3641                                            COps[1], DL);
3642   }
3643
3644   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3645 }
3646
3647 /// Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3648 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3649 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3650 /// case), of a switch instruction SI.
3651 static bool
3652 GetCaseResults(SwitchInst *SI, ConstantInt *CaseVal, BasicBlock *CaseDest,
3653                BasicBlock **CommonDest,
3654                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *>> &Res,
3655                const DataLayout &DL) {
3656   // The block from which we enter the common destination.
3657   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3658
3659   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3660   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3661   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3662   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3663   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3664        ++I) {
3665     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3666       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3667       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3668         return false;
3669       Pred = CaseDest;
3670       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3671     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3672       // Skip debug intrinsic.
3673       continue;
3674     } else if (Constant *C = ConstantFold(&*I, DL, ConstantPool)) {
3675       // Instruction is side-effect free and constant.
3676
3677       // If the instruction has uses outside this block or a phi node slot for
3678       // the block, it is not safe to bypass the instruction since it would then
3679       // no longer dominate all its uses.
3680       for (auto &Use : I->uses()) {
3681         User *User = Use.getUser();
3682         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(User))
3683           if (I->getParent() == CaseDest)
3684             continue;
3685         if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(User))
3686           if (Phi->getIncomingBlock(Use) == CaseDest)
3687             continue;
3688         return false;
3689       }
3690
3691       ConstantPool.insert(std::make_pair(&*I, C));
3692     } else {
3693       break;
3694     }
3695   }
3696
3697   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3698   if (!*CommonDest)
3699     *CommonDest = CaseDest;
3700   // If the destination isn't the common one, abort.
3701   if (CaseDest != *CommonDest)
3702     return false;
3703
3704   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3705   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3706   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3707     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3708     if (Idx == -1)
3709       continue;
3710
3711     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3712                                         ConstantPool);
3713     if (!ConstVal)
3714       return false;
3715
3716     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3717     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3718       return false;
3719
3720     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3721   }
3722
3723   return Res.size() > 0;
3724 }
3725
3726 // Helper function used to add CaseVal to the list of cases that generate
3727 // Result.
3728 static void MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
3729     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3730     Constant *Result) {
3731   for (auto &I : UniqueResults) {
3732     if (I.first == Result) {
3733       I.second.push_back(CaseVal);
3734       return;
3735     }
3736   }
3737   UniqueResults.push_back(std::make_pair(Result,
3738         SmallVector<ConstantInt*, 4>(1, CaseVal)));
3739 }
3740
3741 // Helper function that initializes a map containing
3742 // results for the PHI node of the common destination block for a switch
3743 // instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
3744 // there is not a common destination block for the switch.
3745 static bool InitializeUniqueCases(SwitchInst *SI, PHINode *&PHI,
3746                                   BasicBlock *&CommonDest,
3747                                   SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3748                                   Constant *&DefaultResult,
3749                                   const DataLayout &DL) {
3750   for (auto &I : SI->cases()) {
3751     ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
3752
3753     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3754     SwitchCaseResultsTy Results;
3755     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
3756                         DL))
3757       return false;
3758
3759     // Only one value per case is permitted
3760     if (Results.size() > 1)
3761       return false;
3762     MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
3763
3764     // Check the PHI consistency.
3765     if (!PHI)
3766       PHI = Results[0].first;
3767     else if (PHI != Results[0].first)
3768       return false;
3769   }
3770   // Find the default result value.
3771   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
3772   BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
3773   GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
3774                  DL);
3775   // If the default value is not found abort unless the default destination
3776   // is unreachable.
3777   DefaultResult =
3778       DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
3779   if ((!DefaultResult &&
3780         !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
3781     return false;
3782
3783   return true;
3784 }
3785
3786 // Helper function that checks if it is possible to transform a switch with only
3787 // two cases (or two cases + default) that produces a result into a select.
3788 // Example:
3789 // switch (a) {
3790 //   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
3791 //     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
3792 //   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
3793 //     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
3794 //   default:
3795 //     return 4;
3796 // }
3797 static Value *
3798 ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
3799                      Constant *DefaultResult, Value *Condition,
3800                      IRBuilder<> &Builder) {
3801   assert(ResultVector.size() == 2 &&
3802       "We should have exactly two unique results at this point");
3803   // If we are selecting between only two cases transform into a simple
3804   // select or a two-way select if default is possible.
3805   if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
3806       ResultVector[1].second.size() == 1) {
3807     ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
3808     ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
3809
3810     bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
3811     Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
3812     if (DefaultCanTrigger) {
3813       Value *const ValueCompare =
3814           Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
3815       SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
3816                                          DefaultResult, "switch.select");
3817     }
3818     Value *const ValueCompare =
3819         Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
3820     return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first, SelectValue,
3821                                 "switch.select");
3822   }
3823
3824   return nullptr;
3825 }
3826
3827 // Helper function to cleanup a switch instruction that has been converted into
3828 // a select, fixing up PHI nodes and basic blocks.
3829 static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
3830                                               Value *SelectValue,
3831                                               IRBuilder<> &Builder) {
3832   BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
3833   while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
3834     PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
3835   PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
3836
3837   Builder.CreateBr(PHI->getParent());
3838
3839   // Remove the switch.
3840   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3841     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3842
3843     if (Succ == PHI->getParent())
3844       continue;
3845     Succ->removePredecessor(SelectBB);
3846   }
3847   SI->eraseFromParent();
3848 }
3849
3850 /// If the switch is only used to initialize one or more
3851 /// phi nodes in a common successor block with only two different
3852 /// constant values, replace the switch with select.
3853 static bool SwitchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
3854                            AssumptionCache *AC, const DataLayout &DL) {
3855   Value *const Cond = SI->getCondition();
3856   PHINode *PHI = nullptr;
3857   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
3858   Constant *DefaultResult;
3859   SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
3860   // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
3861   if (!InitializeUniqueCases(SI, PHI, CommonDest, UniqueResults, DefaultResult,
3862                              DL))
3863     return false;
3864   // Selects choose between maximum two values.
3865   if (UniqueResults.size() != 2)
3866     return false;
3867   assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
3868
3869   Builder.SetInsertPoint(SI);
3870   Value *SelectValue = ConvertTwoCaseSwitch(
3871       UniqueResults,
3872       DefaultResult, Cond, Builder);
3873   if (SelectValue) {
3874     RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
3875     return true;
3876   }
3877   // The switch couldn't be converted into a select.
3878   return false;
3879 }
3880
3881 namespace {
3882   /// This class represents a lookup table that can be used to replace a switch.
3883   class SwitchLookupTable {
3884   public:
3885     /// Create a lookup table to use as a switch replacement with the contents
3886     /// of Values, using DefaultValue to fill any holes in the table.
3887     SwitchLookupTable(
3888         Module &M, uint64_t TableSize, ConstantInt *Offset,
3889         const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values,
3890         Constant *DefaultValue, const DataLayout &DL);
3891
3892     /// Build instructions with Builder to retrieve the value at
3893     /// the position given by Index in the lookup table.
3894     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3895
3896     /// Return true if a table with TableSize elements of
3897     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3898     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout &DL, uint64_t TableSize,
3899                                    Type *ElementType);
3900
3901   private:
3902     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3903     // different ways.
3904     enum {
3905       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3906       // store that single value and return it for each lookup.
3907       SingleValueKind,
3908
3909       // For tables where there is a linear relationship between table index
3910       // and values. We calculate the result with a simple multiplication
3911       // and addition instead of a table lookup.
3912       LinearMapKind,
3913
3914       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3915       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3916       // shift and mask operations.
3917       BitMapKind,
3918
3919       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3920       // instructions from the table.
3921       ArrayKind
3922     } Kind;
3923
3924     // For SingleValueKind, this is the single value.
3925     Constant *SingleValue;
3926
3927     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3928     ConstantInt *BitMap;
3929     IntegerType *BitMapElementTy;
3930
3931     // For LinearMapKind, these are the constants used to derive the value.
3932     ConstantInt *LinearOffset;
3933     ConstantInt *LinearMultiplier;
3934
3935     // For ArrayKind, this is the array.
3936     GlobalVariable *Array;
3937   };
3938 }
3939
3940 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(
3941     Module &M, uint64_t TableSize, ConstantInt *Offset,
3942     const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values,
3943     Constant *DefaultValue, const DataLayout &DL)
3944     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
3945       LinearOffset(nullptr), LinearMultiplier(nullptr), Array(nullptr) {
3946   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3947   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3948
3949   // If all values in the table are equal, this is that value.
3950   SingleValue = Values.begin()->second;
3951
3952   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
3953
3954   // Build up the table contents.
3955   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3956   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3957     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3958     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3959     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
3960
3961     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3962                    .getLimitedValue();
3963     TableContents[Idx] = CaseRes;
3964
3965     if (CaseRes != SingleValue)
3966       SingleValue = nullptr;
3967   }
3968
3969   // Fill in any holes in the table with the default result.
3970   if (Values.size() < TableSize) {
3971     assert(DefaultValue &&
3972            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
3973     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
3974     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3975       if (!TableContents[I])
3976         TableContents[I] = DefaultValue;
3977     }
3978
3979     if (DefaultValue != SingleValue)
3980       SingleValue = nullptr;
3981   }
3982
3983   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3984   // that single value.
3985   if (SingleValue) {
3986     Kind = SingleValueKind;
3987     return;
3988   }
3989
3990   // Check if we can derive the value with a linear transformation from the
3991   // table index.
3992   if (isa<IntegerType>(ValueType)) {
3993     bool LinearMappingPossible = true;
3994     APInt PrevVal;
3995     APInt DistToPrev;
3996     assert(TableSize >= 2 && "Should be a SingleValue table.");
3997     // Check if there is the same distance between two consecutive values.
3998     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3999       ConstantInt *ConstVal = dyn_cast<ConstantInt>(TableContents[I]);
4000       if (!ConstVal) {
4001         // This is an undef. We could deal with it, but undefs in lookup tables
4002         // are very seldom. It's probably not worth the additional complexity.
4003         LinearMappingPossible = false;
4004         break;
4005       }
4006       APInt Val = ConstVal->getValue();
4007       if (I != 0) {
4008         APInt Dist = Val - PrevVal;
4009         if (I == 1) {
4010           DistToPrev = Dist;
4011         } else if (Dist != DistToPrev) {
4012           LinearMappingPossible = false;
4013           break;
4014         }
4015       }
4016       PrevVal = Val;
4017     }
4018     if (LinearMappingPossible) {
4019       LinearOffset = cast<ConstantInt>(TableContents[0]);
4020       LinearMultiplier = ConstantInt::get(M.getContext(), DistToPrev);
4021       Kind = LinearMapKind;
4022       ++NumLinearMaps;
4023       return;
4024     }
4025   }
4026
4027   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
4028   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
4029     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
4030     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
4031     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
4032       TableInt <<= IT->getBitWidth();
4033       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
4034       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
4035         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
4036         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
4037       }
4038     }
4039     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
4040     BitMapElementTy = IT;
4041     Kind = BitMapKind;
4042     ++NumBitMaps;
4043     return;
4044   }
4045
4046   // Store the table in an array.
4047   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
4048   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
4049
4050   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
4051                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
4052                              Initializer,
4053                              "switch.table");
4054   Array->setUnnamedAddr(true);
4055   Kind = ArrayKind;
4056 }
4057
4058 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
4059   switch (Kind) {
4060     case SingleValueKind:
4061       return SingleValue;
4062     case LinearMapKind: {
4063       // Derive the result value from the input value.
4064       Value *Result = Builder.CreateIntCast(Index, LinearMultiplier->getType(),
4065                                             false, "switch.idx.cast");
4066       if (!LinearMultiplier->isOne())
4067         Result = Builder.CreateMul(Result, LinearMultiplier, "switch.idx.mult");
4068       if (!LinearOffset->isZero())
4069         Result = Builder.CreateAdd(Result, LinearOffset, "switch.offset");
4070       return Result;
4071     }
4072     case BitMapKind: {
4073       // Type of the bitmap (e.g. i59).
4074       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
4075
4076       // Cast Index to the same type as the bitmap.
4077       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
4078       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
4079       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
4080
4081       // Multiply the shift amount by the element width.
4082       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
4083                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
4084                                    "switch.shiftamt");
4085
4086       // Shift down.
4087       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
4088                                               "switch.downshift");
4089       // Mask off.
4090       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
4091                                  "switch.masked");
4092     }
4093     case ArrayKind: {
4094       // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
4095       IntegerType *IT = cast<IntegerType>(Index->getType());
4096       uint64_t TableSize = Array->getInitializer()->getType()
4097                                 ->getArrayNumElements();
4098       if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
4099         Index = Builder.CreateZExt(Index,
4100                                    IntegerType::get(IT->getContext(),
4101                                                     IT->getBitWidth() + 1),
4102                                    "switch.tableidx.zext");
4103
4104       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
4105       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array->getValueType(), Array,
4106                                              GEPIndices, "switch.gep");
4107       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
4108     }
4109   }
4110   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
4111 }
4112
4113 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout &DL,
4114                                            uint64_t TableSize,
4115                                            Type *ElementType) {
4116   auto *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
4117   if (!IT)
4118     return false;
4119   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
4120   // are <= 15, we could try to narrow the type.
4121
4122   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
4123   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
4124     return false;
4125   return DL.fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
4126 }
4127
4128 /// Determine whether a lookup table should be built for this switch, based on
4129 /// the number of cases, size of the table, and the types of the results.
4130 static bool
4131 ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI, uint64_t TableSize,
4132                        const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout &DL,
4133                        const SmallDenseMap<PHINode *, Type *> &ResultTypes) {
4134   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
4135     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
4136
4137   bool AllTablesFitInRegister = true;
4138   bool HasIllegalType = false;
4139   for (const auto &I : ResultTypes) {
4140     Type *Ty = I.second;
4141
4142     // Saturate this flag to true.
4143     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
4144
4145     // Saturate this flag to false.
4146     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
4147       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
4148
4149     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
4150     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
4151     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
4152     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
4153       break;
4154   }
4155
4156   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
4157   if (AllTablesFitInRegister)
4158     return true;
4159
4160   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
4161   if (HasIllegalType)
4162     return false;
4163
4164   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
4165   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
4166   // FIXME: Find the best cut-off.
4167   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
4168 }
4169
4170 /// Try to reuse the switch table index compare. Following pattern:
4171 /// \code
4172 ///     if (idx < tablesize)
4173 ///        r = table[idx]; // table does not contain default_value
4174 ///     else
4175 ///        r = default_value;
4176 ///     if (r != default_value)
4177 ///        ...
4178 /// \endcode
4179 /// Is optimized to:
4180 /// \code
4181 ///     cond = idx < tablesize;
4182 ///     if (cond)
4183 ///        r = table[idx];
4184 ///     else
4185 ///        r = default_value;
4186 ///     if (cond)
4187 ///        ...
4188 /// \endcode
4189 /// Jump threading will then eliminate the second if(cond).
4190 static void reuseTableCompare(User *PhiUser, BasicBlock *PhiBlock,
4191           BranchInst *RangeCheckBranch, Constant *DefaultValue,
4192           const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values) {
4193
4194   ICmpInst *CmpInst = dyn_cast<ICmpInst>(PhiUser);
4195   if (!CmpInst)
4196     return;
4197
4198   // We require that the compare is in the same block as the phi so that jump
4199   // threading can do its work afterwards.
4200   if (CmpInst->getParent() != PhiBlock)
4201     return;
4202
4203   Constant *CmpOp1 = dyn_cast<Constant>(CmpInst->getOperand(1));
4204   if (!CmpOp1)
4205     return;
4206
4207   Value *RangeCmp = RangeCheckBranch->getCondition();
4208   Constant *TrueConst = ConstantInt::getTrue(RangeCmp->getType());
4209   Constant *FalseConst = ConstantInt::getFalse(RangeCmp->getType());
4210
4211   // Check if the compare with the default value is constant true or false.
4212   Constant *DefaultConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
4213                                                  DefaultValue, CmpOp1, true);
4214   if (DefaultConst != TrueConst && DefaultConst != FalseConst)
4215     return;
4216
4217   // Check if the compare with the case values is distinct from the default
4218   // compare result.
4219   for (auto ValuePair : Values) {
4220     Constant *CaseConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
4221                               ValuePair.second, CmpOp1, true);
4222     if (!CaseConst || CaseConst == DefaultConst)
4223       return;
4224     assert((CaseConst == TrueConst || CaseConst == FalseConst) &&
4225            "Expect true or false as compare result.");
4226   }
4227  
4228   // Check if the branch instruction dominates the phi node. It's a simple
4229   // dominance check, but sufficient for our needs.
4230   // Although this check is invariant in the calling loops, it's better to do it
4231   // at this late stage. Practically we do it at most once for a switch.
4232   BasicBlock *BranchBlock = RangeCheckBranch->getParent();
4233   for (auto PI = pred_begin(PhiBlock), E = pred_end(PhiBlock); PI != E; ++PI) {
4234     BasicBlock *Pred = *PI;
4235     if (Pred != BranchBlock && Pred->getUniquePredecessor() != BranchBlock)
4236       return;
4237   }
4238
4239   if (DefaultConst == FalseConst) {
4240     // The compare yields the same result. We can replace it.
4241     CmpInst->replaceAllUsesWith(RangeCmp);
4242     ++NumTableCmpReuses;
4243   } else {
4244     // The compare yields the same result, just inverted. We can replace it.
4245     Value *InvertedTableCmp = BinaryOperator::CreateXor(RangeCmp,
4246                 ConstantInt::get(RangeCmp->getType(), 1), "inverted.cmp",
4247                 RangeCheckBranch);
4248     CmpInst->replaceAllUsesWith(InvertedTableCmp);
4249     ++NumTableCmpReuses;
4250   }
4251 }
4252
4253 /// If the switch is only used to initialize one or more phi nodes in a common
4254 /// successor block with different constant values, replace the switch with
4255 /// lookup tables.
4256 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
4257                                 const DataLayout &DL,
4258                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
4259   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
4260
4261   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
4262   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
4263     return false;
4264
4265   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
4266   // split off a dense part and build a lookup table for that.
4267
4268   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
4269   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
4270   // string and lookup indices into that.
4271
4272   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
4273   // faster, so we don't analyze them.
4274   if (SI->getNumCases() < 3)
4275     return false;
4276
4277   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
4278   // common destination, as well as the min and max case values.
4279   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
4280   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
4281   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
4282   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
4283
4284   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4285   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
4286   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
4287   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
4288   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
4289   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
4290
4291   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
4292     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
4293     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
4294       MinCaseVal = CaseVal;
4295     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
4296       MaxCaseVal = CaseVal;
4297
4298     // Resulting value at phi nodes for this case value.
4299     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
4300     ResultsTy Results;
4301     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
4302                         Results, DL))
4303       return false;
4304
4305     // Append the result from this case to the list for each phi.
4306     for (const auto &I : Results) {
4307       PHINode *PHI = I.first;
4308       Constant *Value = I.second;
4309       if (!ResultLists.count(PHI))
4310         PHIs.push_back(PHI);
4311       ResultLists[PHI].push_back(std::make_pair(CaseVal, Value));
4312     }
4313   }
4314
4315   // Keep track of the result types.
4316   for (PHINode *PHI : PHIs) {
4317     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
4318   }
4319
4320   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
4321   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
4322   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
4323   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
4324
4325   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
4326   // or a bitmask that fits in a register.
4327   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
4328   bool HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
4329                                           &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
4330
4331   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
4332   if (NeedMask) {
4333     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
4334     if (SI->getNumCases() < 4)  // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
4335       return false;
4336     if (!DL.fitsInLegalInteger(TableSize))
4337       return false;
4338   }
4339
4340   for (const auto &I : DefaultResultsList) {
4341     PHINode *PHI = I.first;
4342     Constant *Result = I.second;
4343     DefaultResults[PHI] = Result;
4344   }
4345
4346   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
4347     return false;
4348
4349   // Create the BB that does the lookups.
4350   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
4351   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4352                                             "switch.lookup",
4353                                             CommonDest->getParent(),
4354                                             CommonDest);
4355
4356   // Compute the table index value.
4357   Builder.SetInsertPoint(SI);
4358   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
4359                                         "switch.tableidx");
4360
4361   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
4362   // switching upon.
4363   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
4364   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
4365   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
4366          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
4367          "representable value of its input integer type's size.");
4368
4369   // If the default destination is unreachable, or if the lookup table covers
4370   // all values of the conditional variable, branch directly to the lookup table
4371   // BB. Otherwise, check that the condition is within the case range.
4372   const bool DefaultIsReachable =
4373       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
4374   const bool GeneratingCoveredLookupTable = (MaxTableSize == TableSize);
4375   BranchInst *RangeCheckBranch = nullptr;
4376
4377   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
4378     Builder.CreateBr(LookupBB);
4379     // Note: We call removeProdecessor later since we need to be able to get the
4380     // PHI value for the default case in case we're using a bit mask.
4381   } else {
4382     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
4383                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
4384     RangeCheckBranch = Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4385   }
4386
4387   // Populate the BB that does the lookups.
4388   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4389
4390   if (NeedMask) {
4391     // Before doing the lookup we do the hole check.
4392     // The LookupBB is therefore re-purposed to do the hole check
4393     // and we create a new LookupBB.
4394     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
4395     MaskBB->setName("switch.hole_check");
4396     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4397                                   "switch.lookup",
4398                                   CommonDest->getParent(),
4399                                   CommonDest);
4400
4401     // Make the mask's bitwidth at least 8bit and a power-of-2 to avoid
4402     // unnecessary illegal types.
4403     uint64_t TableSizePowOf2 = NextPowerOf2(std::max(7ULL, TableSize - 1ULL));
4404     APInt MaskInt(TableSizePowOf2, 0);
4405     APInt One(TableSizePowOf2, 1);
4406     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
4407     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
4408     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
4409       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
4410                       MinCaseVal->getValue()).getLimitedValue();
4411       MaskInt |= One << Idx;
4412     }
4413     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
4414
4415     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
4416     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
4417     // else continue with table lookup.
4418     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
4419     Value *MaskIndex = Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy,
4420                                                  "switch.maskindex");
4421     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex,
4422                                         "switch.shifted");
4423     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(Shifted,
4424                                        Type::getInt1Ty(Mod.getContext()),
4425                                        "switch.lobit");
4426     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4427
4428     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4429     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
4430   }
4431
4432   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
4433     // We cached PHINodes in PHIs, to avoid accessing deleted PHINodes later,
4434     // do not delete PHINodes here.
4435     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent(),
4436                                             /*DontDeleteUselessPHIs=*/true);
4437   }
4438
4439   bool ReturnedEarly = false;
4440   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
4441     PHINode *PHI = PHIs[I];
4442     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHI];
4443
4444     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
4445     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
4446     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultList, DV, DL);
4447
4448     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
4449
4450     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
4451     // do that right here.
4452     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
4453         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
4454       Builder.CreateRet(Result);
4455       ReturnedEarly = true;
4456       break;
4457     }
4458
4459     // Do a small peephole optimization: re-use the switch table compare if
4460     // possible.
4461     if (!TableHasHoles && HasDefaultResults && RangeCheckBranch) {
4462       BasicBlock *PhiBlock = PHI->getParent();
4463       // Search for compare instructions which use the phi.
4464       for (auto *User : PHI->users()) {
4465         reuseTableCompare(User, PhiBlock, RangeCheckBranch, DV, ResultList);
4466       }
4467     }
4468
4469     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
4470   }
4471
4472   if (!ReturnedEarly)
4473     Builder.CreateBr(CommonDest);
4474
4475   // Remove the switch.
4476   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4477     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4478
4479     if (Succ == SI->getDefaultDest())
4480       continue;
4481     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
4482   }
4483   SI->eraseFromParent();
4484
4485   ++NumLookupTables;
4486   if (NeedMask)
4487     ++NumLookupTablesHoles;
4488   return true;
4489 }
4490
4491 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
4492   BasicBlock *BB = SI->getParent();
4493
4494   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
4495     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4496     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
4497     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4498       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
4499         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4500
4501     Value *Cond = SI->getCondition();
4502     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
4503       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
4504         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4505
4506     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
4507     // away into any preds.
4508     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
4509     // Ignore dbg intrinsics.
4510     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
4511       ++BBI;
4512     if (SI == &*BBI)
4513       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
4514         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4515   }
4516
4517   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
4518   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
4519     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4520
4521   // Remove unreachable cases.
4522   if (EliminateDeadSwitchCases(SI, AC, DL))
4523     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4524
4525   if (SwitchToSelect(SI, Builder, AC, DL))
4526     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4527
4528   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
4529     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4530
4531   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, DL, TTI))
4532     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4533
4534   return false;
4535 }
4536
4537 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
4538   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
4539   bool Changed = false;
4540
4541   // Eliminate redundant destinations.
4542   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
4543   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
4544     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
4545     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest).second) {
4546       Dest->removePredecessor(BB);
4547       IBI->removeDestination(i);
4548       --i; --e;
4549       Changed = true;
4550     }
4551   }
4552
4553   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
4554     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
4555     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
4556     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4557     return true;
4558   }
4559
4560   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
4561     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
4562     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
4563     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4564     return true;
4565   }
4566
4567   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
4568     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
4569       return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4570   }
4571   return Changed;
4572 }
4573
4574 /// Given an block with only a single landing pad and a unconditional branch
4575 /// try to find another basic block which this one can be merged with.  This
4576 /// handles cases where we have multiple invokes with unique landing pads, but
4577 /// a shared handler.
4578 ///
4579 /// We specifically choose to not worry about merging non-empty blocks
4580 /// here.  That is a PRE/scheduling problem and is best solved elsewhere.  In
4581 /// practice, the optimizer produces empty landing pad blocks quite frequently
4582 /// when dealing with exception dense code.  (see: instcombine, gvn, if-else
4583 /// sinking in this file)
4584 ///
4585 /// This is primarily a code size optimization.  We need to avoid performing
4586 /// any transform which might inhibit optimization (such as our ability to
4587 /// specialize a particular handler via tail commoning).  We do this by not
4588 /// merging any blocks which require us to introduce a phi.  Since the same
4589 /// values are flowing through both blocks, we don't loose any ability to
4590 /// specialize.  If anything, we make such specialization more likely.
4591 ///
4592 /// TODO - This transformation could remove entries from a phi in the target
4593 /// block when the inputs in the phi are the same for the two blocks being
4594 /// merged.  In some cases, this could result in removal of the PHI entirely.
4595 static bool TryToMergeLandingPad(LandingPadInst *LPad, BranchInst *BI,
4596                                  BasicBlock *BB) {
4597   auto Succ = BB->getUniqueSuccessor();
4598   assert(Succ);
4599   // If there's a phi in the successor block, we'd likely have to introduce
4600   // a phi into the merged landing pad block.
4601   if (isa<PHINode>(*Succ->begin()))
4602     return false;
4603
4604   for (BasicBlock *OtherPred : predecessors(Succ)) {
4605     if (BB == OtherPred)
4606       continue;
4607     BasicBlock::iterator I = OtherPred->begin();
4608     LandingPadInst *LPad2 = dyn_cast<LandingPadInst>(I);
4609     if (!LPad2 || !LPad2->isIdenticalTo(LPad))
4610       continue;
4611     for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I) {}
4612     BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(I);
4613     if (!BI2 || !BI2->isIdenticalTo(BI))
4614       continue;
4615
4616     // We've found an identical block.  Update our predeccessors to take that
4617     // path instead and make ourselves dead.
4618     SmallSet<BasicBlock *, 16> Preds;
4619     Preds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
4620     for (BasicBlock *Pred : Preds) {
4621       InvokeInst *II = cast<InvokeInst>(Pred->getTerminator());
4622       assert(II->getNormalDest() != BB &&
4623              II->getUnwindDest() == BB && "unexpected successor");
4624       II->setUnwindDest(OtherPred);
4625     }
4626
4627     // The debug info in OtherPred doesn't cover the merged control flow that
4628     // used to go through BB.  We need to delete it or update it.
4629     for (auto I = OtherPred->begin(), E = OtherPred->end();
4630          I != E;) {
4631       Instruction &Inst = *I; I++;
4632       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
4633         Inst.eraseFromParent();
4634     }
4635
4636     SmallSet<BasicBlock *, 16> Succs;
4637     Succs.insert(succ_begin(BB), succ_end(BB));
4638     for (BasicBlock *Succ : Succs) {
4639       Succ->removePredecessor(BB);
4640     }
4641
4642     IRBuilder<> Builder(BI);
4643     Builder.CreateUnreachable();
4644     BI->eraseFromParent();
4645     return true;
4646   }
4647   return false;
4648 }
4649
4650 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
4651   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4652
4653   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
4654     return true;
4655
4656   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
4657   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbg()->getIterator();
4658   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
4659       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
4660     return true;
4661
4662   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
4663   // against a constant, try to simplify the block.
4664   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
4665     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
4666       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
4667         ;
4668       if (I->isTerminator() &&
4669           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, DL, TTI,
4670                                                 BonusInstThreshold, AC))
4671         return true;
4672     }
4673
4674   // See if we can merge an empty landing pad block with another which is
4675   // equivalent.
4676   if (LandingPadInst *LPad = dyn_cast<LandingPadInst>(I)) {
4677     for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I) {}
4678     if (I->isTerminator() &&
4679         TryToMergeLandingPad(LPad, BI, BB))
4680       return true;
4681   }
4682
4683   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4684   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
4685   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
4686   // for PHI nodes in common successor.
4687   if (FoldBranchToCommonDest(BI, BonusInstThreshold))
4688     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4689   return false;
4690 }
4691
4692
4693 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
4694   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4695
4696   // Conditional branch
4697   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
4698     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4699     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
4700     // switch.
4701     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4702       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
4703         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4704
4705     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
4706     // Ignore dbg intrinsics.
4707     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
4708     // Ignore dbg intrinsics.
4709     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4710       ++I;
4711     if (&*I == BI) {
4712       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4713         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4714     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4715       ++I;
4716       // Ignore dbg intrinsics.
4717       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4718         ++I;
4719       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4720         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4721     }
4722   }
4723
4724   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4725   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, Builder, DL))
4726     return true;
4727
4728   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4729   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4730   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4731   if (FoldBranchToCommonDest(BI, BonusInstThreshold))
4732     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4733
4734   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4735   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4736   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4737   // can hoist it up to the branching block.
4738   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
4739     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4740       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, TTI))
4741         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4742     } else {
4743       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4744       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
4745       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4746       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4747           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4748         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), TTI))
4749           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4750     }
4751   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4752     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4753     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
4754     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4755     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4756         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4757       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), TTI))
4758         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4759   }
4760
4761   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4762   // through this block if any PHI node entries are constants.
4763   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4764     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4765       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4766         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4767
4768   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4769   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4770     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4771       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4772         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI, DL))
4773           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4774
4775   return false;
4776 }
4777
4778 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4779 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4780   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4781   if (!C)
4782     return false;
4783
4784   if (I->use_empty())
4785     return false;
4786
4787   if (C->isNullValue()) {
4788     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4789     User *Use = *I->user_begin();
4790
4791     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4792     // control flow (eg. calls)
4793     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4794       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4795         return false;
4796
4797     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4798     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4799       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4800         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4801
4802     // Look through bitcasts.
4803     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4804       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4805
4806     // Load from null is undefined.
4807     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4808       if (!LI->isVolatile())
4809         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4810
4811     // Store to null is undefined.
4812     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4813       if (!SI->isVolatile())
4814         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4815   }
4816   return false;
4817 }
4818
4819 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4820 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4821 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4822   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4823        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4824     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4825       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4826         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4827         IRBuilder<> Builder(T);
4828         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4829           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4830           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4831           // destination from conditional branches.
4832           if (BI->isUnconditional())
4833             Builder.CreateUnreachable();
4834           else
4835             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4836                                                          BI->getSuccessor(0));
4837           BI->eraseFromParent();
4838           return true;
4839         }
4840         // TODO: SwitchInst.
4841       }
4842
4843   return false;
4844 }
4845
4846 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4847   bool Changed = false;
4848
4849   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4850   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4851
4852   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4853   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4854   if ((pred_empty(BB) &&
4855        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4856       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4857     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4858     DeleteDeadBlock(BB);
4859     return true;
4860   }
4861
4862   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4863   // away...
4864   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4865
4866   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4867   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4868
4869   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4870   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4871
4872   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4873   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4874   // if there are no PHI nodes.
4875   //
4876   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4877     return true;
4878
4879   IRBuilder<> Builder(BB);
4880
4881   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4882   // eliminate it, do so now.
4883   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4884     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4885       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TTI, DL);
4886
4887   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4888   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4889     if (BI->isUnconditional()) {
4890       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4891     } else {
4892       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4893     }
4894   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4895     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4896   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4897     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4898   } else if (CleanupReturnInst *RI =
4899                dyn_cast<CleanupReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4900     if (SimplifyCleanupReturn(RI)) return true;
4901   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4902     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4903   } else if (UnreachableInst *UI =
4904                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4905     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4906   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4907                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4908     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4909   }
4910
4911   return Changed;
4912 }
4913
4914 /// This function is used to do simplification of a CFG.
4915 /// For example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop,
4916 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4917 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4918 ///
4919 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4920                        unsigned BonusInstThreshold, AssumptionCache *AC) {
4921   return SimplifyCFGOpt(TTI, BB->getModule()->getDataLayout(),
4922                         BonusInstThreshold, AC).run(BB);
4923 }