Lift a cheap early exit test above loops and other complex early exit
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/Constants.h"
26 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
27 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
28 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
29 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
33 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
34 #include "llvm/IR/Metadata.h"
35 #include "llvm/IR/Module.h"
36 #include "llvm/IR/Operator.h"
37 #include "llvm/IR/Type.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
40 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
43 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
45 #include <algorithm>
46 #include <map>
47 #include <set>
48 using namespace llvm;
49
50 static cl::opt<unsigned>
51 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
52    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
53
54 static cl::opt<bool>
55 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
56        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
57
58 static cl::opt<bool>
59 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
60        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
61
62 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
63 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
64 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
65 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
66
67 namespace {
68   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
69   struct ValueEqualityComparisonCase {
70     ConstantInt *Value;
71     BasicBlock *Dest;
72
73     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
74       : Value(Value), Dest(Dest) {}
75
76     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
77       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
78       return Value < RHS.Value;
79     }
80
81     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
82   };
83
84 class SimplifyCFGOpt {
85   const TargetTransformInfo &TTI;
86   const DataLayout *const TD;
87
88   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
89   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
90                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
91   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
92                                                      BasicBlock *Pred,
93                                                      IRBuilder<> &Builder);
94   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
95                                            IRBuilder<> &Builder);
96
97   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
98   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
99   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
100   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
101   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
102   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
103   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
104
105 public:
106   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *TD)
107       : TTI(TTI), TD(TD) {}
108   bool run(BasicBlock *BB);
109 };
110 }
111
112 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
113 /// terminator instructions together.
114 ///
115 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
116   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
117
118   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
119   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
120   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
121   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
122   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
123   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
124
125   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
126     if (SI1Succs.count(*I))
127       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
128            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
129         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
130         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
131             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
132           return false;
133       }
134
135   return true;
136 }
137
138 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
139 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
140 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
141 /// successors.
142 ///
143 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
144                                           BranchInst *SI2,
145                                           Instruction *Cond,
146                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
147   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
148   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
149
150   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
151   // common successors:
152   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
153   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
154   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
155   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
156   if (!Ci2) return false;
157   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
158         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
159       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
160         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
161     return false;
162
163   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
164   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
165   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
166   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
167     if (SI1Succs.count(*I))
168       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
169            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
170         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
171         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
172             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
173           return false;
174         PhiNodes.push_back(PN);
175       }
176   return true;
177 }
178
179 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
180 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
181 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
182 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
183 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
184                                   BasicBlock *ExistPred) {
185   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
186
187   PHINode *PN;
188   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
189        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
190     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
191 }
192
193
194 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
195 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
196 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
197 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
198 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
199 /// be entered if the condition is false.
200 ///
201 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
202 /// instructions in them.
203 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
204                              BasicBlock *&IfFalse) {
205   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
206   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
207          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
208   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
209   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
210
211   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
212   // branches if possible anyway.
213   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
214   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
215   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
216     return 0;
217
218   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
219   // either are.
220   if (Pred2Br->isConditional()) {
221     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
222     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
223     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
224     // probably not profitable.
225     if (Pred1Br->isConditional())
226       return 0;
227
228     std::swap(Pred1, Pred2);
229     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
230   }
231
232   if (Pred1Br->isConditional()) {
233     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
234     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
235     // doesn't dominate BB.
236     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
237       return 0;
238
239     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
240     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
241     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
242         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
243       IfTrue = Pred1;
244       IfFalse = Pred2;
245     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
246                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
247       IfTrue = Pred2;
248       IfFalse = Pred1;
249     } else {
250       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
251       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
252       return 0;
253     }
254
255     return Pred1Br->getCondition();
256   }
257
258   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
259   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
260   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
261   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
262   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
263     return 0;
264
265   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
266   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
267   if (BI == 0) return 0;
268
269   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
270   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
271     IfTrue = Pred1;
272     IfFalse = Pred2;
273   } else {
274     IfTrue = Pred2;
275     IfFalse = Pred1;
276   }
277   return BI->getCondition();
278 }
279
280 /// ComputeSpeculuationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
281 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
282 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
283 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
284   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
285          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
286   switch (Operator::getOpcode(I)) {
287   default:
288     // In doubt, be conservative.
289     return UINT_MAX;
290   case Instruction::GetElementPtr:
291     // GEPs are cheap if all indices are constant.
292     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
293       return UINT_MAX;
294     return 1;
295   case Instruction::Load:
296   case Instruction::Add:
297   case Instruction::Sub:
298   case Instruction::And:
299   case Instruction::Or:
300   case Instruction::Xor:
301   case Instruction::Shl:
302   case Instruction::LShr:
303   case Instruction::AShr:
304   case Instruction::ICmp:
305   case Instruction::Trunc:
306   case Instruction::ZExt:
307   case Instruction::SExt:
308     return 1; // These are all cheap.
309
310   case Instruction::Call:
311   case Instruction::Select:
312     return 2;
313   }
314 }
315
316 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
317 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
318 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
319 /// which works well enough for us.
320 ///
321 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
322 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
323 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
324 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
325 /// set and true is returned.
326 ///
327 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
328 /// Select whose cost is 2.
329 ///
330 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
331 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
332 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
333 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
334                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
335                                 unsigned &CostRemaining) {
336   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
337   if (!I) {
338     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
339     // can be executed unconditionally.
340     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
341       if (C->canTrap())
342         return false;
343     return true;
344   }
345   BasicBlock *PBB = I->getParent();
346
347   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
348   // the bottom of this block.
349   if (PBB == BB) return false;
350
351   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
352   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
353   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
354   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
355   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
356     return true;
357
358   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
359   // instructions in the 'if region'.
360   if (AggressiveInsts == 0) return false;
361
362   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
363   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
364
365   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
366   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
367   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
368   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
369     return false;
370
371   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
372
373   if (Cost > CostRemaining)
374     return false;
375
376   CostRemaining -= Cost;
377
378   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
379   // not take us over the cost threshold.
380   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
381     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
382       return false;
383   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
384   AggressiveInsts->insert(I);
385   return true;
386 }
387
388 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
389 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
390 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
391   // Normal constant int.
392   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
393   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
394     return CI;
395
396   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
397   // ConstantInt if possible.
398   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(TD->getIntPtrType(V->getType()));
399
400   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
401   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
402     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
403
404   // IntToPtr const int.
405   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
406     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
407       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
408         // The constant is very likely to have the right type already.
409         if (CI->getType() == PtrTy)
410           return CI;
411         else
412           return cast<ConstantInt>
413             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
414       }
415   return 0;
416 }
417
418 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
419 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
420 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
421 /// Values vector.
422 static Value *
423 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
424                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
425   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
426   if (I == 0) return 0;
427
428   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
429   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
430     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
431       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
432         UsedICmps++;
433         Vals.push_back(C);
434         return I->getOperand(0);
435       }
436
437       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
438       // the set.
439       ConstantRange Span =
440         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
441
442       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
443       // x != 0 && x != 1.
444       if (!isEQ)
445         Span = Span.inverse();
446
447       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
448       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
449         return 0;
450
451       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
452         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
453       UsedICmps++;
454       return I->getOperand(0);
455     }
456     return 0;
457   }
458
459   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
460   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
461     return 0;
462
463   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
464   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
465   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
466                                           isEQ, UsedICmps)) {
467     unsigned NumVals = Vals.size();
468     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
469     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
470                                             isEQ, UsedICmps)) {
471       if (LHS == RHS)
472         return LHS;
473       Vals.resize(NumVals);
474       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
475     }
476
477     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
478     // set it and return success.
479     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
480       Extra = I->getOperand(1);
481       return LHS;
482     }
483
484     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
485     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
486     return 0;
487   }
488
489   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
490   // use LHS as Extra.
491   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
492     Value *OldExtra = Extra;
493     Extra = I->getOperand(0);
494     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
495                                             isEQ, UsedICmps))
496       return RHS;
497     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
498     Extra = OldExtra;
499   }
500
501   return 0;
502 }
503
504 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
505   Instruction *Cond = 0;
506   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
507     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
508   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
509     if (BI->isConditional())
510       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
511   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
512     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
513   }
514
515   TI->eraseFromParent();
516   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
517 }
518
519 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
520 /// to see if a value is equal to constant integer value.
521 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
522   Value *CV = 0;
523   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
524     // Do not permit merging of large switch instructions into their
525     // predecessors unless there is only one predecessor.
526     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
527                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
528       CV = SI->getCondition();
529   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
530     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
531       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
532         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
533              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
534             GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
535           CV = ICI->getOperand(0);
536
537   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
538   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
539     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
540       CV = PTII->getOperand(0);
541   return CV;
542 }
543
544 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
545 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
546 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
547 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
548                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
549                                                                        &Cases) {
550   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
551     Cases.reserve(SI->getNumCases());
552     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
553       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
554                                                   i.getCaseSuccessor()));
555     return SI->getDefaultDest();
556   }
557
558   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
559   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
560   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
561   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
562                                                              TD),
563                                               Succ));
564   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
565 }
566
567
568 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
569 /// in the list that match the specified block.
570 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
571                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
572   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
573 }
574
575 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
576 /// well.
577 static bool
578 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
579               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
580   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
581
582   // Make V1 be smaller than V2.
583   if (V1->size() > V2->size())
584     std::swap(V1, V2);
585
586   if (V1->size() == 0) return false;
587   if (V1->size() == 1) {
588     // Just scan V2.
589     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
590     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
591       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
592         return true;
593   }
594
595   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
596   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
597   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
598   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
599   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
600     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
601       return true;
602     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
603       ++i1;
604     else
605       ++i2;
606   }
607   return false;
608 }
609
610 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
611 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
612 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
613 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
614 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
615 /// form of jump threading.
616 bool SimplifyCFGOpt::
617 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
618                                               BasicBlock *Pred,
619                                               IRBuilder<> &Builder) {
620   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
621   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
622
623   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
624   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
625   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
626
627   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
628   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
629
630   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
631   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
632   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
633                                                         PredCases);
634   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
635
636   // Find information about how control leaves this block.
637   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
638   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
639   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
640
641   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
642   // simplify TI based on this knowledge.
643   if (PredDef == TI->getParent()) {
644     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
645     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
646     // can simplify TI.
647     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
648       return false;
649
650     if (isa<BranchInst>(TI)) {
651       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
652       // uncond br.
653       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
654       // Insert the new branch.
655       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
656       (void) NI;
657
658       // Remove PHI node entries for the dead edge.
659       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
660
661       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
662            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
663
664       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
665       return true;
666     }
667
668     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
669     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
670     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
671     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
672       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
673
674     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
675                  << "Through successor TI: " << *TI);
676
677     // Collect branch weights into a vector.
678     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
679     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
680     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
681     if (HasWeight)
682       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
683            ++MD_i) {
684         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
685         assert(CI);
686         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
687       }
688     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
689       --i;
690       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
691         if (HasWeight) {
692           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
693           Weights.pop_back();
694         }
695         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
696         SI->removeCase(i);
697       }
698     }
699     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
700       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
701                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
702                       createBranchWeights(Weights));
703
704     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
705     return true;
706   }
707
708   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
709   // which value (or set of values) this is.
710   ConstantInt *TIV = 0;
711   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
712   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
713     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
714       if (TIV != 0)
715         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
716       TIV = PredCases[i].Value;
717     }
718   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
719
720   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
721   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
722   BasicBlock *TheRealDest = 0;
723   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
724     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
725       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
726       break;
727     }
728
729   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
730   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
731
732   // Remove PHI node entries for dead edges.
733   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
734   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
735     if (*SI != CheckEdge)
736       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
737     else
738       CheckEdge = 0;
739
740   // Insert the new branch.
741   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
742   (void) NI;
743
744   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
745             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
746
747   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
748   return true;
749 }
750
751 namespace {
752   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
753   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
754   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
755   struct ConstantIntOrdering {
756     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
757       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
758     }
759   };
760 }
761
762 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
763   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
764   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
765   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
766     return 1;
767   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
768     return 0;
769   return -1;
770 }
771
772 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
773   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
774   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
775     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
776       return MDS->getString().equals("branch_weights");
777
778   return false;
779 }
780
781 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
782 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
783 /// metadata.
784 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
785                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
786   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
787   assert(MD);
788   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
789     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
790     assert(CI);
791     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
792   }
793
794   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
795   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
796   // default weight to be the first entry.
797   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
798     assert(Weights.size() == 2);
799     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
800     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
801       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
802   }
803 }
804
805 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
806 /// weights if any are.
807 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
808   bool Halve = false;
809   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
810     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
811       Halve = true;
812       break;
813     }
814
815   if (! Halve)
816     return;
817
818   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
819     Weights[i] /= 2;
820 }
821
822 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
823 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
824 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
825 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
826 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
827                                                          IRBuilder<> &Builder) {
828   BasicBlock *BB = TI->getParent();
829   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
830   assert(CV && "Not a comparison?");
831   bool Changed = false;
832
833   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
834   while (!Preds.empty()) {
835     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
836
837     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
838     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
839     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
840
841     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
842       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
843       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
844       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
845
846       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
847       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
848
849       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
850       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
851       // build.
852       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
853
854       // Update the branch weight metadata along the way
855       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
856       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
857       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
858
859       if (PredHasWeights) {
860         GetBranchWeights(PTI, Weights);
861         // branch-weight metadata is inconsistent here.
862         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
863           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
864       } else if (SuccHasWeights)
865         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
866         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
867         // successor's weights
868         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
869
870       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
871       if (SuccHasWeights) {
872         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
873         // branch-weight metadata is inconsistent here.
874         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
875           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
876       } else if (PredHasWeights)
877         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
878
879       if (PredDefault == BB) {
880         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
881         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
882         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
883         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
884           if (PredCases[i].Dest != BB)
885             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
886           else {
887             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
888             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
889
890             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
891               // Increase weight for the default case.
892               Weights[0] += Weights[i+1];
893               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
894               Weights.pop_back();
895             }
896
897             PredCases.pop_back();
898             --i; --e;
899           }
900
901         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
902         if (PredDefault != BBDefault) {
903           PredDefault->removePredecessor(Pred);
904           PredDefault = BBDefault;
905           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
906         }
907
908         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
909         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
910         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
911           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
912               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
913             PredCases.push_back(BBCases[i]);
914             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
915             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
916               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
917               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
918               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
919               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
920               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
921             }
922           }
923
924         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
925           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
926           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
927           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
928             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
929           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
930           Weights[0] *= SuccWeights[0];
931         }
932       } else {
933         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
934         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
935         // activated.
936         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
937         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
938         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
939           if (PredCases[i].Dest == BB) {
940             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
941
942             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
943               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
944               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
945               Weights.pop_back();
946             }
947
948             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
949             PredCases.pop_back();
950             --i; --e;
951           }
952
953         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
954         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
955         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
956           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
957             // If this is one we are capable of getting...
958             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
959               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
960             PredCases.push_back(BBCases[i]);
961             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
962             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
963           }
964
965         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
966         // they must go to the default destination of TI.
967         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
968                                     PTIHandled.begin(),
969                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
970           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
971             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
972           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
973           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
974         }
975       }
976
977       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
978       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
979       // successors.
980       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
981         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
982
983       Builder.SetInsertPoint(PTI);
984       // Convert pointer to int before we switch.
985       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
986         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
987         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
988                                     "magicptr");
989       }
990
991       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
992       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
993                                                PredCases.size());
994       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
995       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
996         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
997
998       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
999         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1000         FitWeights(Weights);
1001
1002         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1003
1004         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1005                            MDBuilder(BB->getContext()).
1006                            createBranchWeights(MDWeights));
1007       }
1008
1009       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1010
1011       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1012       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1013       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1014       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
1015       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1016         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1017           if (InfLoopBlock == 0) {
1018             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1019             // or it won't matter if it's hot. :)
1020             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1021                                               "infloop", BB->getParent());
1022             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1023           }
1024           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1025         }
1026
1027       Changed = true;
1028     }
1029   }
1030   return Changed;
1031 }
1032
1033 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1034 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1035 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1036 // to put the select in this case.
1037 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1038                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1039   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1040     PHINode *PN;
1041     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1042          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1043       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1044       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1045       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1046         return false;
1047       }
1048     }
1049   }
1050   return true;
1051 }
1052
1053 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1054 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1055 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1056 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1057   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1058   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1059   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1060   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1061   // identical order.
1062   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1063   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1064
1065   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1066   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1067
1068   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1069   // Skip debug info if it is not identical.
1070   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1071   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1072   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1073     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1074       I1 = BB1_Itr++;
1075     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1076       I2 = BB2_Itr++;
1077   }
1078   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1079       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1080     return false;
1081
1082   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
1083   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1084
1085   do {
1086     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1087     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1088     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1089       goto HoistTerminator;
1090
1091     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1092     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1093     // the now redundant second instruction.
1094     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1095     if (!I2->use_empty())
1096       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1097     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1098     I2->eraseFromParent();
1099
1100     I1 = BB1_Itr++;
1101     I2 = BB2_Itr++;
1102     // Skip debug info if it is not identical.
1103     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1104     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1105     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1106       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1107         I1 = BB1_Itr++;
1108       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1109         I2 = BB2_Itr++;
1110     }
1111   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1112
1113   return true;
1114
1115 HoistTerminator:
1116   // It may not be possible to hoist an invoke.
1117   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1118     return true;
1119
1120   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1121   Instruction *NT = I1->clone();
1122   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1123   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1124     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1125     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1126     NT->takeName(I1);
1127   }
1128
1129   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1130   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1131   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1132   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1133   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1134   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1135   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1136     PHINode *PN;
1137     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1138          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1139       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1140       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1141       if (BB1V == BB2V) continue;
1142
1143       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1144       // that determines the right value.
1145       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1146       if (SI == 0)
1147         SI = cast<SelectInst>
1148           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1149                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1150
1151       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1152       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1153         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1154           PN->setIncomingValue(i, SI);
1155     }
1156   }
1157
1158   // Update any PHI nodes in our new successors.
1159   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1160     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1161
1162   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1163   return true;
1164 }
1165
1166 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1167 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1168 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1169 /// in the two predecessors to BBEnd.
1170 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1171   assert(BI1->isUnconditional());
1172   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1173   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1174
1175   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1176   // an unconditional branch.
1177   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1178   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1179   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1180     return false;
1181   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1182   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1183     return false;
1184   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1185   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1186   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1187     return false;
1188
1189   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1190   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1191   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1192   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1193        I != E; ++I) {
1194     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1195       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1196       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1197       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1198     } else {
1199       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1200       break;
1201     }
1202   }
1203   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1204     return false;
1205
1206
1207   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1208   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1209   // instructions in an identical order.
1210   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1211       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1212       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1213   // Skip debug info.
1214   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1215   if (RI1 == RE1)
1216     return false;
1217   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1218   if (RI2 == RE2)
1219     return false;
1220   // Skip the unconditional branches.
1221   ++RI1;
1222   ++RI2;
1223
1224   bool Changed = false;
1225   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1226     // Skip debug info.
1227     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1228     if (RI1 == RE1)
1229       return Changed;
1230     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1231     if (RI2 == RE2)
1232       return Changed;
1233
1234     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1235     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1236     // perform the same operation.
1237     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1238     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1239         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1240         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1241         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1242         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1243         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1244         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1245         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1246         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1247       return Changed;
1248
1249     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1250     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1251     bool SwapOpnds = false;
1252     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1253         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1254         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1255         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1256          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1257       ICmp2->swapOperands();
1258       SwapOpnds = true;
1259     }
1260     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1261       if (SwapOpnds)
1262         ICmp2->swapOperands();
1263       return Changed;
1264     }
1265
1266     // The operands should be either the same or they need to be generated
1267     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1268     // a single pair of different operands.
1269     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1270     unsigned Op1Idx = 0;
1271     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1272       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1273         continue;
1274       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1275       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1276       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1277       if (DifferentOp1 ||
1278           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1279           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1280           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1281           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1282         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1283         if (SwapOpnds)
1284           ICmp2->swapOperands();
1285         return Changed;
1286       }
1287       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1288       Op1Idx = I;
1289       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1290     }
1291
1292     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1293     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1294     if (DifferentOp1) {
1295       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1296                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1297                                        BBEnd->begin());
1298       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1299       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1300       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1301       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1302       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1303       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1304     }
1305     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1306     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1307
1308     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1309     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1310     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1311     // instruction in the basic block down.
1312     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1313     // Sink the instruction.
1314     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1315     if (!OldPN->use_empty())
1316       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1317     OldPN->eraseFromParent();
1318
1319     if (!I2->use_empty())
1320       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1321     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1322     I2->eraseFromParent();
1323
1324     if (UpdateRE1)
1325       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1326     if (UpdateRE2)
1327       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1328     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1329     NumSinkCommons++;
1330     Changed = true;
1331   }
1332   return Changed;
1333 }
1334
1335 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1336 ///
1337 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1338 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1339 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1340 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1341 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1342 ///
1343 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1344 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1345 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1346 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1347 ///
1348 ///
1349 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1350 /// \code
1351 ///   BB:
1352 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1353 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1354 ///   ThenBB:
1355 ///     %sub = sub %x, %y
1356 ///     br label BB2
1357 ///   EndBB:
1358 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1359 ///     ...
1360 /// \endcode
1361 ///
1362 /// Into this IR:
1363 /// \code
1364 ///   BB:
1365 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1366 ///     %sub = sub %x, %y
1367 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1368 ///     ...
1369 /// \endcode
1370 ///
1371 /// \returns true if the conditional block is removed.
1372 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *BB1) {
1373   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1374   Value *BrCond = BI->getCondition();
1375   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1376     return false;
1377
1378   // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1379   // terminator) for now.
1380   Instruction *HInst = NULL;
1381   Instruction *Term = BB1->getTerminator();
1382   for (BasicBlock::iterator BBI = BB1->begin(), BBE = BB1->end();
1383        BBI != BBE; ++BBI) {
1384     Instruction *I = BBI;
1385     // Skip debug info.
1386     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
1387     if (I == Term) break;
1388
1389     if (HInst)
1390       return false;
1391     HInst = I;
1392   }
1393
1394   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1395
1396   // Check the instruction to be hoisted, if there is one.
1397   if (HInst) {
1398     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1399     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(HInst))
1400       return false;
1401     if (ComputeSpeculationCost(HInst) > PHINodeFoldingThreshold)
1402       return false;
1403
1404     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1405     // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1406     // being sunk into the use block.
1407     for (User::op_iterator i = HInst->op_begin(), e = HInst->op_end();
1408          i != e; ++i) {
1409       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1410       if (OpI && OpI->getParent() == BIParent &&
1411           !OpI->mayHaveSideEffects() &&
1412           !OpI->isUsedInBasicBlock(BIParent))
1413         return false;
1414     }
1415   }
1416
1417   // If BB1 is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1418   // to swap the select operands later.
1419   bool Invert = false;
1420   if (BB1 != BI->getSuccessor(0)) {
1421     assert(BB1 == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1422     Invert = true;
1423   }
1424
1425   // Collect interesting PHIs, and scan for hazards.
1426   SmallSetVector<std::pair<Value *, Value *>, 4> PHIs;
1427   BasicBlock *BB2 = BB1->getTerminator()->getSuccessor(0);
1428   for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1429        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1430     Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1431     Value *BIParentV = PN->getIncomingValueForBlock(BIParent);
1432
1433     // Skip PHIs which are trivial.
1434     if (BB1V == BIParentV)
1435       continue;
1436
1437     // Check for safety.
1438     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BB1V)) {
1439       // An unfolded ConstantExpr could end up getting expanded into
1440       // Instructions. Don't speculate this and another instruction at
1441       // the same time.
1442       if (HInst)
1443         return false;
1444       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1445         return false;
1446       if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1447         return false;
1448     }
1449
1450     // Ok, we may insert a select for this PHI.
1451     PHIs.insert(std::make_pair(BB1V, BIParentV));
1452   }
1453
1454   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1455   // as well.
1456   if (PHIs.empty())
1457     return false;
1458
1459   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1460   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *BB1 << "\n";);
1461
1462   // Hoist the instruction.
1463   if (HInst)
1464     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), HInst);
1465
1466   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1467   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1468   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
1469     Value *TrueV = PHIs[i].first;
1470     Value *FalseV = PHIs[i].second;
1471
1472     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1473     // false value is the previously determined FalseV.
1474     SelectInst *SI;
1475     if (Invert)
1476       SI = cast<SelectInst>
1477         (Builder.CreateSelect(BrCond, FalseV, TrueV,
1478                               FalseV->getName() + "." + TrueV->getName()));
1479     else
1480       SI = cast<SelectInst>
1481         (Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1482                               TrueV->getName() + "." + FalseV->getName()));
1483
1484     // Make the PHI node use the select for all incoming values for "then" and
1485     // "if" blocks.
1486     for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1487          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1488       unsigned BB1I = PN->getBasicBlockIndex(BB1);
1489       unsigned BIParentI = PN->getBasicBlockIndex(BIParent);
1490       Value *BB1V = PN->getIncomingValue(BB1I);
1491       Value *BIParentV = PN->getIncomingValue(BIParentI);
1492       if (TrueV == BB1V && FalseV == BIParentV) {
1493         PN->setIncomingValue(BB1I, SI);
1494         PN->setIncomingValue(BIParentI, SI);
1495       }
1496     }
1497   }
1498
1499   ++NumSpeculations;
1500   return true;
1501 }
1502
1503 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1504 /// across this block.
1505 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1506   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1507   unsigned Size = 0;
1508
1509   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1510     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1511       continue;
1512     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1513     ++Size;
1514
1515     // We can only support instructions that do not define values that are
1516     // live outside of the current basic block.
1517     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1518          UI != E; ++UI) {
1519       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1520       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1521     }
1522
1523     // Looks ok, continue checking.
1524   }
1525
1526   return true;
1527 }
1528
1529 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1530 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1531 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1532 /// ultimate destination.
1533 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1534   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1535   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1536   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1537   // outside of the block.
1538   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1539     return false;
1540
1541   // Degenerate case of a single entry PHI.
1542   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1543     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1544     return true;
1545   }
1546
1547   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1548   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1549
1550   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1551   // constants.
1552   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1553     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1554     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1555
1556     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1557     // branch to RealDest.
1558     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1559     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1560
1561     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1562     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1563     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1564
1565     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1566     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1567     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1568     // the edge we are about to create.
1569     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1570                                             RealDest->getName()+".critedge",
1571                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1572     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1573
1574     // Update PHI nodes.
1575     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1576
1577     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1578     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1579     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1580     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1581     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1582     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1583       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1584         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1585         continue;
1586       }
1587       // Clone the instruction.
1588       Instruction *N = BBI->clone();
1589       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1590
1591       // Update operands due to translation.
1592       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1593            i != e; ++i) {
1594         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1595         if (PI != TranslateMap.end())
1596           *i = PI->second;
1597       }
1598
1599       // Check for trivial simplification.
1600       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1601         TranslateMap[BBI] = V;
1602         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1603       } else {
1604         // Insert the new instruction into its new home.
1605         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1606         if (!BBI->use_empty())
1607           TranslateMap[BBI] = N;
1608       }
1609     }
1610
1611     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1612     // to EdgeBB instead.
1613     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1614     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1615       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1616         BB->removePredecessor(PredBB);
1617         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1618       }
1619
1620     // Recurse, simplifying any other constants.
1621     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1622   }
1623
1624   return false;
1625 }
1626
1627 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1628 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1629 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1630   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1631   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1632   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1633   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1634   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1635   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1636   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1637   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1638   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1639   if (!IfCond ||
1640       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1641       isa<ConstantInt>(IfCond))
1642     return false;
1643
1644   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1645   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1646   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1647   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1648   // fewer PHI nodes in this block.
1649   unsigned NumPhis = 0;
1650   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1651     if (NumPhis > 2)
1652       return false;
1653
1654   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1655   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1656   // that need to be moved to the dominating block.
1657   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1658   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1659            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1660
1661   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1662     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1663     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1664       PN->replaceAllUsesWith(V);
1665       PN->eraseFromParent();
1666       continue;
1667     }
1668
1669     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1670                              MaxCostVal0) ||
1671         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1672                              MaxCostVal1))
1673       return false;
1674   }
1675
1676   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1677   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1678   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1679   if (PN == 0) return true;
1680
1681   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1682   // often be turned into switches and other things.
1683   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1684       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1685        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1686        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1687     return false;
1688
1689   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1690   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1691   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1692   // worth promoting to select instructions.
1693   BasicBlock *DomBlock = 0;
1694   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1695   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1696   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1697     IfBlock1 = 0;
1698   } else {
1699     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1700     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1701       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1702         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1703         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1704         // flow, so the xform is not worth it.
1705         return false;
1706       }
1707   }
1708
1709   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1710     IfBlock2 = 0;
1711   } else {
1712     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1713     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1714       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1715         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1716         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1717         // flow, so the xform is not worth it.
1718         return false;
1719       }
1720   }
1721
1722   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1723                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1724
1725   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1726   // do all of the PHI's now.
1727   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1728   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1729
1730   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1731   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1732   if (IfBlock1)
1733     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1734                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1735                                    IfBlock1->getTerminator());
1736   if (IfBlock2)
1737     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1738                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1739                                    IfBlock2->getTerminator());
1740
1741   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1742     // Change the PHI node into a select instruction.
1743     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1744     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1745
1746     SelectInst *NV =
1747       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1748     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1749     NV->takeName(PN);
1750     PN->eraseFromParent();
1751   }
1752
1753   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1754   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1755   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1756   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1757   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1758   Builder.CreateBr(BB);
1759   OldTI->eraseFromParent();
1760   return true;
1761 }
1762
1763 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1764 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1765 /// introducing a select if the return values disagree.
1766 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1767                                            IRBuilder<> &Builder) {
1768   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1769   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1770   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1771   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1772   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1773
1774   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1775   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1776   // computation on one path or the other.
1777   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1778     return false;
1779   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1780     return false;
1781
1782   Builder.SetInsertPoint(BI);
1783   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1784   // there is no return value for this function, just change the
1785   // branch into a return.
1786   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1787     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1788     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1789     Builder.CreateRetVoid();
1790     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1791     return true;
1792   }
1793
1794   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1795   // so we can insert a new select instruction.
1796   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1797   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1798
1799   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1800   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1801     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1802       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1803   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1804     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1805       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1806
1807   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1808   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1809   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1810   // constant expression that prevents this transformation from being
1811   // safe.
1812   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1813     if (TCV->canTrap())
1814       return false;
1815   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1816     if (FCV->canTrap())
1817       return false;
1818
1819   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1820   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1821   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1822   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1823
1824   // Insert select instructions where needed.
1825   Value *BrCond = BI->getCondition();
1826   if (TrueValue) {
1827     // Insert a select if the results differ.
1828     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1829     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1830       TrueValue = FalseValue;
1831     } else {
1832       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1833                                        FalseValue, "retval");
1834     }
1835   }
1836
1837   Value *RI = !TrueValue ?
1838     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1839
1840   (void) RI;
1841
1842   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1843                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1844                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1845
1846   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1847
1848   return true;
1849 }
1850
1851 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1852 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1853 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1854 /// found.
1855 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1856                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1857   assert(BI->isConditional() &&
1858          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1859   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1860   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1861   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1862   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1863   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1864   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1865   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1866   return true;
1867 }
1868
1869 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1870 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1871 ///
1872 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1873   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1874     return false;
1875   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1876     Instruction *PBI = &*I;
1877     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1878     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1879       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1880       Inst->eraseFromParent();
1881       return true;
1882     }
1883   }
1884   return false;
1885 }
1886
1887 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1888 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1889 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1890 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1891   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1892
1893   Instruction *Cond = 0;
1894   if (BI->isConditional())
1895     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1896   else {
1897     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1898     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1899     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1900     // predecessor.
1901     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1902       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1903         if (PBI->isConditional() &&
1904             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1905              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1906           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1907                I != E; ) {
1908             Instruction *Curr = I++;
1909             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1910               Cond = Curr;
1911               break;
1912             }
1913             // Quit if we can't remove this instruction.
1914             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1915               return false;
1916           }
1917         }
1918
1919     if (Cond == 0)
1920       return false;
1921   }
1922
1923   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1924     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
1925   return false;
1926
1927   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1928   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1929   // must be at the front of the block.
1930   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
1931
1932   // Ignore dbg intrinsics.
1933   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1934
1935   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
1936   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
1937   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
1938   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
1939   Instruction *BonusInst = 0;
1940   if (&*FrontIt != Cond &&
1941       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
1942       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
1943     BonusInst = &*FrontIt;
1944     ++FrontIt;
1945
1946     // Ignore dbg intrinsics.
1947     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1948   }
1949
1950   // Only a single bonus inst is allowed.
1951   if (&*FrontIt != Cond)
1952     return false;
1953
1954   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1955   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1956
1957   // Ingore dbg intrinsics.
1958   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
1959
1960   if (&*CondIt != BI)
1961     return false;
1962
1963   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
1964   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
1965   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
1966     if (CE->canTrap())
1967       return false;
1968   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
1969     if (CE->canTrap())
1970       return false;
1971
1972   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
1973   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
1974   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
1975   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
1976     return false;
1977
1978   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1979     BasicBlock *PredBlock = *PI;
1980     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
1981
1982     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
1983     // the common successor, verify that the same value flows in from both
1984     // blocks.
1985     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
1986     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
1987         (BI->isConditional() &&
1988          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
1989         (!BI->isConditional() &&
1990          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
1991       continue;
1992
1993     // Determine if the two branches share a common destination.
1994     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
1995     bool InvertPredCond = false;
1996
1997     if (BI->isConditional()) {
1998       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
1999         Opc = Instruction::Or;
2000       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2001         Opc = Instruction::And;
2002       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2003         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2004       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2005         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2006       else
2007         continue;
2008     } else {
2009       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2010         continue;
2011     }
2012
2013     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2014     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2015     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2016     // out-of-order core by speculating them earlier.
2017     if (BonusInst) {
2018       // Collect the values used by the bonus inst
2019       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2020       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2021            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2022         Value *V = *OI;
2023         if (!isa<Constant>(V))
2024           UsedValues.insert(V);
2025       }
2026
2027       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2028       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2029
2030       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2031       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2032       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2033       while (!Worklist.empty()) {
2034         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2035         Worklist.pop_back();
2036
2037         if (Pair.second >= 4) continue;
2038         UsedValues.erase(Pair.first);
2039         if (UsedValues.empty()) break;
2040
2041         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2042           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2043                OI != OE; ++OI)
2044             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2045         }
2046       }
2047
2048       if (!UsedValues.empty()) return false;
2049     }
2050
2051     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2052     IRBuilder<> Builder(PBI);
2053
2054     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2055     if (InvertPredCond) {
2056       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2057
2058       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2059         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2060         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2061       } else {
2062         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2063                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2064       }
2065
2066       PBI->setCondition(NewCond);
2067       PBI->swapSuccessors();
2068     }
2069
2070     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2071     Instruction *NewBonus = 0;
2072     if (BonusInst) {
2073       NewBonus = BonusInst->clone();
2074       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2075       NewBonus->takeName(BonusInst);
2076       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2077     }
2078
2079     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2080     // two conditions together.
2081     Instruction *New = Cond->clone();
2082     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2083     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2084     New->takeName(Cond);
2085     Cond->setName(New->getName()+".old");
2086
2087     if (BI->isConditional()) {
2088       Instruction *NewCond =
2089         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2090                                             New, "or.cond"));
2091       PBI->setCondition(NewCond);
2092
2093       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2094       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2095                                                   PredFalseWeight);
2096       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2097                                                   SuccFalseWeight);
2098       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2099
2100       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2101         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2102           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2103           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2104           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2105           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2106           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2107           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2108           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2109           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2110           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2111                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2112         }
2113         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2114         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2115       }
2116       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2117         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2118           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2119           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2120           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2121           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2122           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2123               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2124           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2125           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2126         }
2127         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2128         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2129       }
2130       if (NewWeights.size() == 2) {
2131         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2132         FitWeights(NewWeights);
2133
2134         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2135         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2136                          MDBuilder(BI->getContext()).
2137                          createBranchWeights(MDWeights));
2138       } else
2139         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2140     } else {
2141       // Update PHI nodes in the common successors.
2142       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2143         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2144           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2145         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2146         Instruction *MergedCond = 0;
2147         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2148           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2149           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2150           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2151           Instruction *NotCond =
2152             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2153                                 "not.cond"));
2154           MergedCond =
2155             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2156                                 NotCond, New,
2157                                 "and.cond"));
2158           if (PBI_C->isOne())
2159             MergedCond =
2160               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2161                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2162                                   "or.cond"));
2163         } else {
2164           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2165           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2166           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2167           MergedCond =
2168             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2169                                 PBI->getCondition(), New,
2170                                 "and.cond"));
2171           if (PBI_C->isOne()) {
2172             Instruction *NotCond =
2173               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2174                                   "not.cond"));
2175             MergedCond =
2176               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2177                                   NotCond, MergedCond,
2178                                   "or.cond"));
2179           }
2180         }
2181         // Update PHI Node.
2182         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2183                                   MergedCond);
2184       }
2185       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2186       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2187       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2188       PBI = New_PBI;
2189     }
2190
2191     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2192     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2193
2194     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2195     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2196       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2197         I->clone()->insertBefore(PBI);
2198
2199     return true;
2200   }
2201   return false;
2202 }
2203
2204 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2205 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2206 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2207 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2208 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2209   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2210   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2211
2212   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2213   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2214   // this conditional branch redundant.
2215   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2216       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2217     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2218     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2219     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2220       // Turn this into a branch on constant.
2221       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2222       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2223                                         CondIsTrue));
2224       return true;  // Nuke the branch on constant.
2225     }
2226
2227     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2228     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2229     // simplifycfg will thread the block.
2230     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2231       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2232       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2233                                        std::distance(PB, PE),
2234                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2235                                        BB->begin());
2236       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2237       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2238       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2239       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2240         BasicBlock *P = *PI;
2241         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2242             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2243             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2244             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2245           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2246           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2247                                               CondIsTrue), P);
2248         } else {
2249           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2250         }
2251       }
2252
2253       BI->setCondition(NewPN);
2254       return true;
2255     }
2256   }
2257
2258   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2259   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2260   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2261   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2262   // Ignore dbg intrinsics.
2263   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2264     ++BBI;
2265   if (&*BBI != BI)
2266     return false;
2267
2268
2269   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2270     if (CE->canTrap())
2271       return false;
2272
2273   int PBIOp, BIOp;
2274   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2275     PBIOp = BIOp = 0;
2276   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2277     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2278   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2279     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2280   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2281     PBIOp = BIOp = 1;
2282   else
2283     return false;
2284
2285   // Check to make sure that the other destination of this branch
2286   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2287   // keep getting unwound.
2288   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2289     return false;
2290
2291   // Do not perform this transformation if it would require
2292   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2293   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2294   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2295
2296   unsigned NumPhis = 0;
2297   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2298        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2299     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2300       return false;
2301
2302   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2303   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2304
2305   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2306                << "AND: " << *BI->getParent());
2307
2308
2309   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2310   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2311   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2312   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2313   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2314   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2315   // infinite loop with no cond branch.
2316   if (OtherDest == BB) {
2317     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2318     // or it won't matter if it's hot. :)
2319     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2320                                                   "infloop", BB->getParent());
2321     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2322     OtherDest = InfLoopBlock;
2323   }
2324
2325   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2326
2327   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2328   // it alone, but modify PBI.
2329
2330   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2331   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2332   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2333   if (PBIOp)
2334     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2335
2336   Value *BICond = BI->getCondition();
2337   if (BIOp)
2338     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2339
2340   // Merge the conditions.
2341   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2342
2343   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2344   PBI->setCondition(Cond);
2345   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2346   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2347
2348   // Update branch weight for PBI.
2349   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2350   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2351                                               PredFalseWeight);
2352   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2353                                               SuccFalseWeight);
2354   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2355     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2356     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2357     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2358     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2359     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2360     //                                    PredOther * SuccCommon.
2361     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2362     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2363     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2364                          PredOther * SuccCommon);
2365     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2366     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2367     FitWeights(NewWeights);
2368
2369     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2370     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2371                      MDBuilder(BI->getContext()).
2372                      createBranchWeights(MDWeights));
2373   }
2374
2375   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2376   // block that are identical to the entries for BI's block.
2377   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2378
2379   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2380   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2381   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2382   // them agree.
2383   PHINode *PN;
2384   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2385        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2386     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2387     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2388     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2389     if (BIV != PBIV) {
2390       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2391       Value *NV = cast<SelectInst>
2392         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2393       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2394     }
2395   }
2396
2397   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2398   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2399
2400   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2401   // one fewer predecessor.
2402   return true;
2403 }
2404
2405 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2406 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2407 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2408 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2409 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2410 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2411                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2412                                        uint32_t TrueWeight,
2413                                        uint32_t FalseWeight){
2414   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2415   // First, figure out which successors to preserve.
2416   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2417   // successor.
2418   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2419   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2420
2421   // Then remove the rest.
2422   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2423     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2424     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2425     if (Succ == KeepEdge1)
2426       KeepEdge1 = 0;
2427     else if (Succ == KeepEdge2)
2428       KeepEdge2 = 0;
2429     else
2430       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2431   }
2432
2433   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2434   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2435
2436   // Insert an appropriate new terminator.
2437   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2438     if (TrueBB == FalseBB)
2439       // We were only looking for one successor, and it was present.
2440       // Create an unconditional branch to it.
2441       Builder.CreateBr(TrueBB);
2442     else {
2443       // We found both of the successors we were looking for.
2444       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2445       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2446       if (TrueWeight != FalseWeight)
2447         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2448                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2449                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2450     }
2451   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2452     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2453     // terminator must be unreachable.
2454     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2455   } else {
2456     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2457     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2458     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2459     if (KeepEdge1 == 0)
2460       // Only TrueBB was found.
2461       Builder.CreateBr(TrueBB);
2462     else
2463       // Only FalseBB was found.
2464       Builder.CreateBr(FalseBB);
2465   }
2466
2467   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2468   return true;
2469 }
2470
2471 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2472 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2473 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2474 // unconditional otherwise.
2475 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2476   // Check for constant integer values in the select.
2477   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2478   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2479   if (!TrueVal || !FalseVal)
2480     return false;
2481
2482   // Find the relevant condition and destinations.
2483   Value *Condition = Select->getCondition();
2484   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2485   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2486
2487   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2488   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2489   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2490   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2491   if (HasWeights) {
2492     GetBranchWeights(SI, Weights);
2493     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2494       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2495                                      getSuccessorIndex()];
2496       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2497                                       getSuccessorIndex()];
2498     }
2499   }
2500
2501   // Perform the actual simplification.
2502   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2503                                     TrueWeight, FalseWeight);
2504 }
2505
2506 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2507 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2508 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2509 // with
2510 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2511 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2512   // Check that both operands of the select are block addresses.
2513   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2514   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2515   if (!TBA || !FBA)
2516     return false;
2517
2518   // Extract the actual blocks.
2519   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2520   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2521
2522   // Perform the actual simplification.
2523   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2524                                     0, 0);
2525 }
2526
2527 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2528 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2529 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2530 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2531 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2532 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2533 /// like:
2534 ///
2535 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2536 /// DEFAULT:
2537 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2538 ///   br label %end
2539 /// end:
2540 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2541 ///
2542 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2543 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2544 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2545     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2546     const DataLayout *TD) {
2547   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2548
2549   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2550   // complex.
2551   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2552
2553   Value *V = ICI->getOperand(0);
2554   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2555
2556   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2557   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2558   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2559   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2560   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2561
2562   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2563   if (SI->getCondition() != V)
2564     return false;
2565
2566   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2567   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2568   // away.
2569   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2570     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2571     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2572     ICI->setOperand(0, VVal);
2573
2574     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2575       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2576       ICI->eraseFromParent();
2577     }
2578     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2579     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2580   }
2581
2582   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2583   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2584   // and zap it.
2585   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2586     Value *V;
2587     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2588       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2589     else
2590       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2591
2592     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2593     ICI->eraseFromParent();
2594     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2595     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2596   }
2597
2598   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2599   // the block.
2600   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2601   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2602   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2603       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2604     return false;
2605
2606   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2607   // true in the PHI.
2608   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2609   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2610
2611   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2612     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2613
2614   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2615   // false depending on if it is EQ or NE.
2616   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2617   ICI->eraseFromParent();
2618
2619   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2620   // the switch to the merge point on the compared value.
2621   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2622                                          BB->getParent(), BB);
2623   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2624   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2625   if (HasWeights) {
2626     GetBranchWeights(SI, Weights);
2627     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2628       // Split weight for default case to case for "Cst".
2629       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2630       Weights.push_back(Weights[0]);
2631
2632       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2633       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2634                       MDBuilder(SI->getContext()).
2635                       createBranchWeights(MDWeights));
2636     }
2637   }
2638   SI->addCase(Cst, NewBB);
2639
2640   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2641   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2642   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2643   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2644   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2645   return true;
2646 }
2647
2648 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2649 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2650 /// fold it into a switch instruction if so.
2651 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2652                                       IRBuilder<> &Builder) {
2653   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2654   if (Cond == 0) return false;
2655
2656
2657   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2658   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2659   // 'setne's and'ed together, collect them.
2660   Value *CompVal = 0;
2661   std::vector<ConstantInt*> Values;
2662   bool TrueWhenEqual = true;
2663   Value *ExtraCase = 0;
2664   unsigned UsedICmps = 0;
2665
2666   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2667     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2668                                      UsedICmps);
2669   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2670     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2671                                      UsedICmps);
2672     TrueWhenEqual = false;
2673   }
2674
2675   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2676   if (CompVal == 0) return false;
2677
2678   // Avoid turning single icmps into a switch.
2679   if (UsedICmps <= 1)
2680     return false;
2681
2682   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2683   // instruction can't handle, remove them now.
2684   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2685   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2686
2687   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2688   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2689   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2690
2691   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2692   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2693
2694   // Figure out which block is which destination.
2695   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2696   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2697   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2698
2699   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2700
2701   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2702                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2703
2704   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2705   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2706   // right before the condbr to handle it.
2707   if (ExtraCase) {
2708     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2709     // Remove the uncond branch added to the old block.
2710     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2711     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2712
2713     if (TrueWhenEqual)
2714       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2715     else
2716       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2717
2718     OldTI->eraseFromParent();
2719
2720     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2721     // for the edge we just added.
2722     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2723
2724     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2725           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2726     BB = NewBB;
2727   }
2728
2729   Builder.SetInsertPoint(BI);
2730   // Convert pointer to int before we switch.
2731   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2732     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2733     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2734                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2735                                      "magicptr");
2736   }
2737
2738   // Create the new switch instruction now.
2739   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2740
2741   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2742   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2743     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2744
2745   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2746   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2747   // the number of edges added.
2748   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2749        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2750     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2751     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2752     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2753       PN->addIncoming(InVal, BB);
2754   }
2755
2756   // Erase the old branch instruction.
2757   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2758
2759   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2760   return true;
2761 }
2762
2763 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2764   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2765   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2766   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2767   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2768   if (RI->getValue() != LPInst)
2769     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2770     // caused control to branch here.
2771     return false;
2772
2773   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2774   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2775   while (++I != E)
2776     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2777       return false;
2778
2779   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2780   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2781     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2782     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2783     // Insert a call instruction before the invoke.
2784     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2785     Call->takeName(II);
2786     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2787     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2788     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2789
2790     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2791     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2792     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2793     // updated.
2794     II->replaceAllUsesWith(Call);
2795     BB->removePredecessor(II->getParent());
2796
2797     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2798     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2799
2800     // Finally, delete the invoke instruction!
2801     II->eraseFromParent();
2802   }
2803
2804   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2805   BB->eraseFromParent();
2806   return true;
2807 }
2808
2809 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2810   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2811   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2812
2813   // Find predecessors that end with branches.
2814   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2815   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2816   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2817     BasicBlock *P = *PI;
2818     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2819     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2820       if (BI->isUnconditional())
2821         UncondBranchPreds.push_back(P);
2822       else
2823         CondBranchPreds.push_back(BI);
2824     }
2825   }
2826
2827   // If we found some, do the transformation!
2828   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2829     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2830       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2831       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2832             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2833       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2834     }
2835
2836     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2837     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2838       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2839       BB->eraseFromParent();
2840
2841     return true;
2842   }
2843
2844   // Check out all of the conditional branches going to this return
2845   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2846   // branch itself into a select/return pair.
2847   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2848     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2849
2850     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2851     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2852         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2853         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2854       return true;
2855   }
2856   return false;
2857 }
2858
2859 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2860   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2861
2862   bool Changed = false;
2863
2864   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2865   // be removed, do so.
2866   while (UI != BB->begin()) {
2867     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2868     --BBI;
2869     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2870     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2871     // operations may have this effect.
2872     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2873
2874     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2875       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2876         if (SI->isVolatile())
2877           break;
2878       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2879         if (LI->isVolatile())
2880           break;
2881       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2882         if (RMWI->isVolatile())
2883           break;
2884       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2885         if (CXI->isVolatile())
2886           break;
2887       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2888                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2889         break;
2890       }
2891       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2892       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2893       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2894       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2895     }
2896
2897     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2898     if (!BBI->use_empty())
2899       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2900     BBI->eraseFromParent();
2901     Changed = true;
2902   }
2903
2904   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
2905   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
2906   if (&BB->front() != UI) return Changed;
2907
2908   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2909   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
2910     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
2911     IRBuilder<> Builder(TI);
2912     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2913       if (BI->isUnconditional()) {
2914         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2915           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
2916           TI->eraseFromParent();
2917           Changed = true;
2918         }
2919       } else {
2920         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2921           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
2922           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2923         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
2924           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
2925           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2926           Changed = true;
2927         }
2928       }
2929     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2930       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2931            i != e; ++i)
2932         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
2933           BB->removePredecessor(SI->getParent());
2934           SI->removeCase(i);
2935           --i; --e;
2936           Changed = true;
2937         }
2938       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
2939       // destination and make it the default.
2940       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
2941         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
2942         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2943              i != e; ++i) {
2944           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
2945               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
2946           if (entry.first == 0) {
2947             entry.first = 1;
2948             entry.second = i.getCaseIndex();
2949           } else {
2950             entry.first++;
2951           }
2952         }
2953
2954         // Find the most popular block.
2955         unsigned MaxPop = 0;
2956         unsigned MaxIndex = 0;
2957         BasicBlock *MaxBlock = 0;
2958         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
2959              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
2960           if (I->second.first > MaxPop ||
2961               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
2962             MaxPop = I->second.first;
2963             MaxIndex = I->second.second;
2964             MaxBlock = I->first;
2965           }
2966         }
2967         if (MaxBlock) {
2968           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
2969           // edges to it.
2970           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
2971           Changed = true;
2972
2973           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
2974           // it.
2975           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
2976             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
2977               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
2978
2979           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2980                i != e; ++i)
2981             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
2982               SI->removeCase(i);
2983               --i; --e;
2984             }
2985         }
2986       }
2987     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
2988       if (II->getUnwindDest() == BB) {
2989         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
2990         // place to note that the call does not throw though.
2991         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
2992         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
2993
2994         // Insert the call now...
2995         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
2996         Builder.SetInsertPoint(BI);
2997         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
2998                                           Args, II->getName());
2999         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3000         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3001         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3002         II->replaceAllUsesWith(CI);
3003         delete II;
3004         Changed = true;
3005       }
3006     }
3007   }
3008
3009   // If this block is now dead, remove it.
3010   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3011       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3012     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3013     BB->eraseFromParent();
3014     return true;
3015   }
3016
3017   return Changed;
3018 }
3019
3020 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3021 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3022 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3023   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3024
3025   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3026   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3027   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3028   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3029   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3030   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3031     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3032       return false;
3033     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3034   }
3035   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3036
3037   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3038   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3039   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3040     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3041       return false;
3042   }
3043
3044   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3045   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3046
3047   Value *Sub = SI->getCondition();
3048   if (!Offset->isNullValue())
3049     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3050   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3051   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3052       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3053
3054   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3055   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3056   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3057   if (HasWeights) {
3058     GetBranchWeights(SI, Weights);
3059     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3060       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3061       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3062       // bits.
3063       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3064       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3065         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3066       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3067                          MDBuilder(SI->getContext()).
3068                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3069                                              (uint32_t)Weights[0]));
3070     }
3071   }
3072
3073   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3074   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3075        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3076     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3077       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3078   }
3079   SI->eraseFromParent();
3080
3081   return true;
3082 }
3083
3084 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3085 /// and use it to remove dead cases.
3086 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3087   Value *Cond = SI->getCondition();
3088   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
3089   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3090   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3091
3092   // Gather dead cases.
3093   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3094   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3095     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3096         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3097       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3098       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3099                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3100     }
3101   }
3102
3103   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3104   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3105   if (HasWeight) {
3106     GetBranchWeights(SI, Weights);
3107     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3108   }
3109
3110   // Remove dead cases from the switch.
3111   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3112     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3113     assert(Case != SI->case_default() &&
3114            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3115     if (HasWeight) {
3116       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3117       Weights.pop_back();
3118     }
3119
3120     // Prune unused values from PHI nodes.
3121     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3122     SI->removeCase(Case);
3123   }
3124   if (HasWeight) {
3125     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3126     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3127                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3128                     createBranchWeights(MDWeights));
3129   }
3130
3131   return !DeadCases.empty();
3132 }
3133
3134 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3135 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3136 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3137 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3138 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3139 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3140                                               BasicBlock *BB,
3141                                               int *PhiIndex) {
3142   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3143     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3144   if (!BB->getSinglePredecessor())
3145     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3146
3147   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3148   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3149     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3150
3151   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3152
3153   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3154   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3155     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3156     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3157
3158     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3159     if (InValue != CaseValue) continue;
3160
3161     *PhiIndex = Idx;
3162     return PHI;
3163   }
3164
3165   return NULL;
3166 }
3167
3168 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3169 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3170 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3171 /// Returns true if a change is made.
3172 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3173   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3174   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3175
3176   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3177     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3178     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3179
3180     int PhiIndex;
3181     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3182                                                  &PhiIndex);
3183     if (!PHI) continue;
3184
3185     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3186   }
3187
3188   bool Changed = false;
3189
3190   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3191        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3192     PHINode *Phi = I->first;
3193     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
3194
3195     if (Indexes.size() < 2) continue;
3196
3197     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3198       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3199     Changed = true;
3200   }
3201
3202   return Changed;
3203 }
3204
3205 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3206 /// initializing an array of constants like C.
3207 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3208   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3209     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3210
3211   return isa<ConstantFP>(C) ||
3212       isa<ConstantInt>(C) ||
3213       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3214       isa<GlobalValue>(C) ||
3215       isa<UndefValue>(C);
3216 }
3217
3218 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3219 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3220 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3221                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3222   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3223     return C;
3224   return ConstantPool.lookup(V);
3225 }
3226
3227 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3228 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3229 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3230 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3231 static Constant *ConstantFold(Instruction *I,
3232                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3233   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3234     Constant *A = LookupConstant(BO->getOperand(0), ConstantPool);
3235     if (!A)
3236       return 0;
3237     Constant *B = LookupConstant(BO->getOperand(1), ConstantPool);
3238     if (!B)
3239       return 0;
3240     return ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), A, B);
3241   }
3242
3243   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3244     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3245     if (!A)
3246       return 0;
3247     Constant *B = LookupConstant(I->getOperand(1), ConstantPool);
3248     if (!B)
3249       return 0;
3250     return ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(), A, B);
3251   }
3252
3253   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3254     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3255     if (!A)
3256       return 0;
3257     if (A->isAllOnesValue())
3258       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3259     if (A->isNullValue())
3260       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3261     return 0;
3262   }
3263
3264   if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3265     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3266     if (!A)
3267       return 0;
3268     return ConstantExpr::getCast(Cast->getOpcode(), A, Cast->getDestTy());
3269   }
3270
3271   return 0;
3272 }
3273
3274 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3275 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3276 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3277 /// case), of a switch instruction SI.
3278 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3279                            ConstantInt *CaseVal,
3280                            BasicBlock *CaseDest,
3281                            BasicBlock **CommonDest,
3282                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
3283   // The block from which we enter the common destination.
3284   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3285
3286   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3287   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3288   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3289   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3290   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3291        ++I) {
3292     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3293       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3294       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3295         return false;
3296       Pred = CaseDest;
3297       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3298     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3299       // Skip debug intrinsic.
3300       continue;
3301     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool)) {
3302       // Instruction is side-effect free and constant.
3303       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3304     } else {
3305       break;
3306     }
3307   }
3308
3309   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3310   if (!*CommonDest)
3311     *CommonDest = CaseDest;
3312   // If the destination isn't the common one, abort.
3313   if (CaseDest != *CommonDest)
3314     return false;
3315
3316   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3317   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3318   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3319     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3320     if (Idx == -1)
3321       continue;
3322
3323     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3324                                         ConstantPool);
3325     if (!ConstVal)
3326       return false;
3327
3328     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3329     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3330     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3331     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3332     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3333
3334     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3335     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3336       return false;
3337
3338     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3339   }
3340
3341   return true;
3342 }
3343
3344 namespace {
3345   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3346   /// to replace a switch.
3347   class SwitchLookupTable {
3348   public:
3349     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3350     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3351     /// table.
3352     SwitchLookupTable(Module &M,
3353                       uint64_t TableSize,
3354                       ConstantInt *Offset,
3355                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3356                       Constant *DefaultValue,
3357                       const DataLayout *TD);
3358
3359     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3360     /// the position given by Index in the lookup table.
3361     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3362
3363     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3364     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3365     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3366                                    uint64_t TableSize,
3367                                    const Type *ElementType);
3368
3369   private:
3370     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3371     // different ways.
3372     enum {
3373       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3374       // store that single value and return it for each lookup.
3375       SingleValueKind,
3376
3377       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3378       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3379       // shift and mask operations.
3380       BitMapKind,
3381
3382       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3383       // instructions from the table.
3384       ArrayKind
3385     } Kind;
3386
3387     // For SingleValueKind, this is the single value.
3388     Constant *SingleValue;
3389
3390     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3391     ConstantInt *BitMap;
3392     IntegerType *BitMapElementTy;
3393
3394     // For ArrayKind, this is the array.
3395     GlobalVariable *Array;
3396   };
3397 }
3398
3399 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3400                                      uint64_t TableSize,
3401                                      ConstantInt *Offset,
3402                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3403                                      Constant *DefaultValue,
3404                                      const DataLayout *TD)
3405     : SingleValue(0), BitMap(0), BitMapElementTy(0), Array(0) {
3406   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3407   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3408
3409   // If all values in the table are equal, this is that value.
3410   SingleValue = Values.begin()->second;
3411
3412   // Build up the table contents.
3413   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3414   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3415     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3416     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3417     assert(CaseRes->getType() == DefaultValue->getType());
3418
3419     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3420                    .getLimitedValue();
3421     TableContents[Idx] = CaseRes;
3422
3423     if (CaseRes != SingleValue)
3424       SingleValue = 0;
3425   }
3426
3427   // Fill in any holes in the table with the default result.
3428   if (Values.size() < TableSize) {
3429     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3430       if (!TableContents[I])
3431         TableContents[I] = DefaultValue;
3432     }
3433
3434     if (DefaultValue != SingleValue)
3435       SingleValue = 0;
3436   }
3437
3438   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3439   // that single value.
3440   if (SingleValue) {
3441     Kind = SingleValueKind;
3442     return;
3443   }
3444
3445   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3446   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, DefaultValue->getType())) {
3447     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(DefaultValue->getType());
3448     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3449     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3450       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3451       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3452       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3453         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3454         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3455       }
3456     }
3457     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3458     BitMapElementTy = IT;
3459     Kind = BitMapKind;
3460     ++NumBitMaps;
3461     return;
3462   }
3463
3464   // Store the table in an array.
3465   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultValue->getType(), TableSize);
3466   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3467
3468   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3469                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3470                              Initializer,
3471                              "switch.table");
3472   Array->setUnnamedAddr(true);
3473   Kind = ArrayKind;
3474 }
3475
3476 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3477   switch (Kind) {
3478     case SingleValueKind:
3479       return SingleValue;
3480     case BitMapKind: {
3481       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3482       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3483
3484       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3485       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3486       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3487       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3488
3489       // Multiply the shift amount by the element width.
3490       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3491                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3492                                    "switch.shiftamt");
3493
3494       // Shift down.
3495       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3496                                               "switch.downshift");
3497       // Mask off.
3498       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3499                                  "switch.masked");
3500     }
3501     case ArrayKind: {
3502       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3503       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3504                                              "switch.gep");
3505       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3506     }
3507   }
3508   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3509 }
3510
3511 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3512                                            uint64_t TableSize,
3513                                            const Type *ElementType) {
3514   if (!TD)
3515     return false;
3516   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3517   if (!IT)
3518     return false;
3519   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3520   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3521
3522   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3523   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3524     return false;
3525   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3526 }
3527
3528 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3529 /// for this switch, based on the number of caes, size of the table and the
3530 /// types of the results.
3531 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3532                                    uint64_t TableSize,
3533                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3534                                    const DataLayout *TD,
3535                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3536   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3537     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3538
3539   bool AllTablesFitInRegister = true;
3540   bool HasIllegalType = false;
3541   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3542        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3543     Type *Ty = I->second;
3544
3545     // Saturate this flag to true.
3546     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3547
3548     // Saturate this flag to false.
3549     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3550       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, Ty);
3551
3552     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3553     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3554     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3555     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3556       break;
3557   }
3558
3559   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3560   if (AllTablesFitInRegister)
3561     return true;
3562
3563   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3564   if (HasIllegalType)
3565     return false;
3566
3567   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3568   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3569   // FIXME: Find the best cut-off.
3570   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3571 }
3572
3573 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3574 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3575 /// replace the switch with lookup tables.
3576 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3577                                 IRBuilder<> &Builder,
3578                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3579                                 const DataLayout* TD) {
3580   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3581
3582   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3583   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3584     return false;
3585
3586   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3587   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3588
3589   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3590   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3591   // string and lookup indices into that.
3592
3593   // Ignore the switch if the number of cases is too small.
3594   // This is similar to the check when building jump tables in
3595   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3596   // FIXME: Determine the best cut-off.
3597   if (SI->getNumCases() < 4)
3598     return false;
3599
3600   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3601   // common destination, as well as the the min and max case values.
3602   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3603   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3604   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3605   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3606
3607   BasicBlock *CommonDest = 0;
3608   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3609   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3610   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3611   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3612   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3613
3614   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3615     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3616     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3617       MinCaseVal = CaseVal;
3618     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3619       MaxCaseVal = CaseVal;
3620
3621     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3622     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3623     ResultsTy Results;
3624     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3625                         Results))
3626       return false;
3627
3628     // Append the result from this case to the list for each phi.
3629     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3630       if (!ResultLists.count(I->first))
3631         PHIs.push_back(I->first);
3632       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3633     }
3634   }
3635
3636   // Get the resulting values for the default case.
3637   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3638   if (!GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3639                       DefaultResultsList))
3640     return false;
3641   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3642     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3643     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3644     DefaultResults[PHI] = Result;
3645     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3646   }
3647
3648   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3649   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3650   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, TD, ResultTypes))
3651     return false;
3652
3653   // Create the BB that does the lookups.
3654   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3655   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3656                                             "switch.lookup",
3657                                             CommonDest->getParent(),
3658                                             CommonDest);
3659
3660   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3661   // the new BB.
3662   Builder.SetInsertPoint(SI);
3663   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3664                                         "switch.tableidx");
3665   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3666       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3667   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3668
3669   // Populate the BB that does the lookups.
3670   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3671   bool ReturnedEarly = false;
3672   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3673     PHINode *PHI = PHIs[I];
3674
3675     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3676                             DefaultResults[PHI], TD);
3677
3678     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3679
3680     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3681     // do that right here.
3682     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3683         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3684       Builder.CreateRet(Result);
3685       ReturnedEarly = true;
3686       break;
3687     }
3688
3689     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3690   }
3691
3692   if (!ReturnedEarly)
3693     Builder.CreateBr(CommonDest);
3694
3695   // Remove the switch.
3696   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3697     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3698     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3699     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3700   }
3701   SI->eraseFromParent();
3702
3703   ++NumLookupTables;
3704   return true;
3705 }
3706
3707 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3708   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3709
3710   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3711     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3712     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3713     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3714       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3715         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3716
3717     Value *Cond = SI->getCondition();
3718     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3719       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3720         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3721
3722     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3723     // away into any preds.
3724     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3725     // Ignore dbg intrinsics.
3726     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3727       ++BBI;
3728     if (SI == &*BBI)
3729       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3730         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3731   }
3732
3733   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3734   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3735     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3736
3737   // Remove unreachable cases.
3738   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3739     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3740
3741   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3742     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3743
3744   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, TD))
3745     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3746
3747   return false;
3748 }
3749
3750 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3751   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3752   bool Changed = false;
3753
3754   // Eliminate redundant destinations.
3755   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3756   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3757     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3758     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3759       Dest->removePredecessor(BB);
3760       IBI->removeDestination(i);
3761       --i; --e;
3762       Changed = true;
3763     }
3764   }
3765
3766   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3767     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3768     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3769     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3770     return true;
3771   }
3772
3773   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3774     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3775     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3776     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3777     return true;
3778   }
3779
3780   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3781     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3782       return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3783   }
3784   return Changed;
3785 }
3786
3787 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3788   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3789
3790   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3791     return true;
3792
3793   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3794   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3795   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3796       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3797     return true;
3798
3799   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3800   // against a constant, try to simplify the block.
3801   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3802     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3803       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3804         ;
3805       if (I->isTerminator() &&
3806           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, TD))
3807         return true;
3808     }
3809
3810   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3811   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3812   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3813   // for PHI nodes in common successor.
3814   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3815     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3816   return false;
3817 }
3818
3819
3820 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3821   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3822
3823   // Conditional branch
3824   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3825     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3826     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3827     // switch.
3828     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3829       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3830         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3831
3832     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3833     // Ignore dbg intrinsics.
3834     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3835     // Ignore dbg intrinsics.
3836     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3837       ++I;
3838     if (&*I == BI) {
3839       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3840         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3841     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3842       ++I;
3843       // Ignore dbg intrinsics.
3844       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3845         ++I;
3846       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3847         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3848     }
3849   }
3850
3851   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3852   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3853     return true;
3854
3855   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3856   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3857   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3858   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3859     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3860
3861   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3862   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3863   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3864   // can hoist it up to the branching block.
3865   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3866     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3867       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3868         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3869     } else {
3870       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3871       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3872       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3873       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3874           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3875         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
3876           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3877     }
3878   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3879     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
3880     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
3881     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
3882     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3883         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
3884       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
3885         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3886   }
3887
3888   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
3889   // through this block if any PHI node entries are constants.
3890   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
3891     if (PN->getParent() == BI->getParent())
3892       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
3893         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3894
3895   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
3896   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
3897     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
3898       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
3899         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
3900           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3901
3902   return false;
3903 }
3904
3905 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
3906 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
3907   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
3908   if (!C)
3909     return false;
3910
3911   if (I->use_empty())
3912     return false;
3913
3914   if (C->isNullValue()) {
3915     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
3916     User *Use = *I->use_begin();
3917
3918     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
3919     // control flow (eg. calls)
3920     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
3921       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
3922         return false;
3923
3924     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
3925     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
3926       if (GEP->getPointerOperand() == I)
3927         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
3928
3929     // Look through bitcasts.
3930     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
3931       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
3932
3933     // Load from null is undefined.
3934     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
3935       return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
3936
3937     // Store to null is undefined.
3938     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
3939       return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
3940   }
3941   return false;
3942 }
3943
3944 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
3945 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
3946 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
3947   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
3948        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
3949     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3950       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
3951         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
3952         IRBuilder<> Builder(T);
3953         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
3954           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
3955           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
3956           // destination from conditional branches.
3957           if (BI->isUnconditional())
3958             Builder.CreateUnreachable();
3959           else
3960             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
3961                                                          BI->getSuccessor(0));
3962           BI->eraseFromParent();
3963           return true;
3964         }
3965         // TODO: SwitchInst.
3966       }
3967
3968   return false;
3969 }
3970
3971 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
3972   bool Changed = false;
3973
3974   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
3975   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
3976
3977   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
3978   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
3979   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3980        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
3981       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
3982     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
3983     DeleteDeadBlock(BB);
3984     return true;
3985   }
3986
3987   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
3988   // away...
3989   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
3990
3991   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
3992   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
3993
3994   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
3995   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
3996
3997   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
3998   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
3999   // if there are no PHI nodes.
4000   //
4001   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4002     return true;
4003
4004   IRBuilder<> Builder(BB);
4005
4006   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4007   // eliminate it, do so now.
4008   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4009     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4010       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
4011
4012   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4013   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4014     if (BI->isUnconditional()) {
4015       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4016     } else {
4017       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4018     }
4019   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4020     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4021   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4022     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4023   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4024     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4025   } else if (UnreachableInst *UI =
4026                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4027     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4028   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4029                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4030     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4031   }
4032
4033   return Changed;
4034 }
4035
4036 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4037 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4038 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4039 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4040 ///
4041 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4042                        const DataLayout *TD) {
4043   return SimplifyCFGOpt(TTI, TD).run(BB);
4044 }