Strip metadata when speculatively hoisting instructions
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
17 #include "llvm/ADT/SetOperations.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/ConstantFolding.h"
23 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
24 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
26 #include "llvm/IR/CFG.h"
27 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
28 #include "llvm/IR/Constants.h"
29 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
32 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
33 #include "llvm/IR/Instructions.h"
34 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
35 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
36 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
37 #include "llvm/IR/Metadata.h"
38 #include "llvm/IR/Module.h"
39 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
40 #include "llvm/IR/Operator.h"
41 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
42 #include "llvm/IR/Type.h"
43 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
44 #include "llvm/Support/Debug.h"
45 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
48 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
49 #include <algorithm>
50 #include <map>
51 #include <set>
52 using namespace llvm;
53 using namespace PatternMatch;
54
55 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
56
57 // Chosen as 2 so as to be cheap, but still to have enough power to fold
58 // a select, so the "clamp" idiom (of a min followed by a max) will be caught.
59 // To catch this, we need to fold a compare and a select, hence '2' being the
60 // minimum reasonable default.
61 static cl::opt<unsigned>
62 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(2),
63    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 2)"));
64
65 static cl::opt<bool>
66 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
67        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
68
69 static cl::opt<bool>
70 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
71        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
72
73 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
74     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
75     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
76
77 static cl::opt<bool> MergeCondStores(
78     "simplifycfg-merge-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
79     cl::desc("Hoist conditional stores even if an unconditional store does not "
80              "precede - hoist multiple conditional stores into a single "
81              "predicated store"));
82
83 static cl::opt<bool> MergeCondStoresAggressively(
84     "simplifycfg-merge-cond-stores-aggressively", cl::Hidden, cl::init(false),
85     cl::desc("When merging conditional stores, do so even if the resultant "
86              "basic blocks are unlikely to be if-converted as a result"));
87
88 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
89 STATISTIC(NumLinearMaps, "Number of switch instructions turned into linear mapping");
90 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
91 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
92 STATISTIC(NumTableCmpReuses, "Number of reused switch table lookup compares");
93 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
94 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
95
96 namespace {
97   // The first field contains the value that the switch produces when a certain
98   // case group is selected, and the second field is a vector containing the
99   // cases composing the case group.
100   typedef SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>
101     SwitchCaseResultVectorTy;
102   // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
103   // and the second field contains the value generated for a certain case in the
104   // switch for that PHI.
105   typedef SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> SwitchCaseResultsTy;
106
107   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
108   struct ValueEqualityComparisonCase {
109     ConstantInt *Value;
110     BasicBlock *Dest;
111
112     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
113       : Value(Value), Dest(Dest) {}
114
115     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
116       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
117       return Value < RHS.Value;
118     }
119
120     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
121   };
122
123 class SimplifyCFGOpt {
124   const TargetTransformInfo &TTI;
125   const DataLayout &DL;
126   unsigned BonusInstThreshold;
127   AssumptionCache *AC;
128   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
129   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
130                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
131   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
132                                                      BasicBlock *Pred,
133                                                      IRBuilder<> &Builder);
134   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
135                                            IRBuilder<> &Builder);
136
137   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
138   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
139   bool SimplifyCleanupReturn(CleanupReturnInst *RI);
140   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
141   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
142   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
143   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
144   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
145
146 public:
147   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout &DL,
148                  unsigned BonusInstThreshold, AssumptionCache *AC)
149       : TTI(TTI), DL(DL), BonusInstThreshold(BonusInstThreshold), AC(AC) {}
150   bool run(BasicBlock *BB);
151 };
152 }
153
154 /// Return true if it is safe to merge these two
155 /// terminator instructions together.
156 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
157   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
158
159   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
160   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
161   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
162   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
163   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
164   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
165
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) !=
172             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
173           return false;
174       }
175
176   return true;
177 }
178
179 /// Return true if it is safe and profitable to merge these two terminator
180 /// instructions together, where SI1 is an unconditional branch. PhiNodes will
181 /// store all PHI nodes in common successors.
182 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
183                                           BranchInst *SI2,
184                                           Instruction *Cond,
185                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
186   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
187   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
188
189   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
190   // common successors:
191   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
192   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
193   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
194   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
195   if (!Ci2) return false;
196   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
197         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
198       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
199         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
200     return false;
201
202   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
203   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
204   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
205   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
206     if (SI1Succs.count(*I))
207       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
208            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
209         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
210         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
211             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
212           return false;
213         PhiNodes.push_back(PN);
214       }
215   return true;
216 }
217
218 /// Update PHI nodes in Succ to indicate that there will now be entries in it
219 /// from the 'NewPred' block. The values that will be flowing into the PHI nodes
220 /// will be the same as those coming in from ExistPred, an existing predecessor
221 /// of Succ.
222 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
223                                   BasicBlock *ExistPred) {
224   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
225
226   PHINode *PN;
227   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
228        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
229     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
230 }
231
232 /// Compute an abstract "cost" of speculating the given instruction,
233 /// which is assumed to be safe to speculate. TCC_Free means cheap,
234 /// TCC_Basic means less cheap, and TCC_Expensive means prohibitively
235 /// expensive.
236 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I,
237                                        const TargetTransformInfo &TTI) {
238   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
239          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
240   return TTI.getUserCost(I);
241 }
242
243 /// If we have a merge point of an "if condition" as accepted above,
244 /// return true if the specified value dominates the block.  We
245 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
246 /// which works well enough for us.
247 ///
248 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
249 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
250 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
251 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
252 /// set and true is returned.
253 ///
254 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
255 /// Select whose cost is 2.
256 ///
257 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
258 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
259 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
260 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
261                                 SmallPtrSetImpl<Instruction*> *AggressiveInsts,
262                                 unsigned &CostRemaining,
263                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
264   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
265   if (!I) {
266     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
267     // can be executed unconditionally.
268     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
269       if (C->canTrap())
270         return false;
271     return true;
272   }
273   BasicBlock *PBB = I->getParent();
274
275   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
276   // the bottom of this block.
277   if (PBB == BB) return false;
278
279   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
280   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
281   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
282   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
283   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
284     return true;
285
286   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
287   // instructions in the 'if region'.
288   if (!AggressiveInsts) return false;
289
290   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
291   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
292
293   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
294   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
295   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
296   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
297     return false;
298
299   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, TTI);
300
301   if (Cost > CostRemaining)
302     return false;
303
304   CostRemaining -= Cost;
305
306   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
307   // not take us over the cost threshold.
308   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
309     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, TTI))
310       return false;
311   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
312   AggressiveInsts->insert(I);
313   return true;
314 }
315
316 /// Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
317 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
318 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout &DL) {
319   // Normal constant int.
320   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
321   if (CI || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
322     return CI;
323
324   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
325   // ConstantInt if possible.
326   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL.getIntPtrType(V->getType()));
327
328   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
329   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
330     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
331
332   // IntToPtr const int.
333   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
334     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
335       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
336         // The constant is very likely to have the right type already.
337         if (CI->getType() == PtrTy)
338           return CI;
339         else
340           return cast<ConstantInt>
341             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
342       }
343   return nullptr;
344 }
345
346 namespace {
347
348 /// Given a chain of or (||) or and (&&) comparison of a value against a
349 /// constant, this will try to recover the information required for a switch
350 /// structure.
351 /// It will depth-first traverse the chain of comparison, seeking for patterns
352 /// like %a == 12 or %a < 4 and combine them to produce a set of integer
353 /// representing the different cases for the switch.
354 /// Note that if the chain is composed of '||' it will build the set of elements
355 /// that matches the comparisons (i.e. any of this value validate the chain)
356 /// while for a chain of '&&' it will build the set elements that make the test
357 /// fail.
358 struct ConstantComparesGatherer {
359   const DataLayout &DL;
360   Value *CompValue; /// Value found for the switch comparison
361   Value *Extra;     /// Extra clause to be checked before the switch
362   SmallVector<ConstantInt *, 8> Vals; /// Set of integers to match in switch
363   unsigned UsedICmps; /// Number of comparisons matched in the and/or chain
364
365   /// Construct and compute the result for the comparison instruction Cond
366   ConstantComparesGatherer(Instruction *Cond, const DataLayout &DL)
367       : DL(DL), CompValue(nullptr), Extra(nullptr), UsedICmps(0) {
368     gather(Cond);
369   }
370
371   /// Prevent copy
372   ConstantComparesGatherer(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
373   ConstantComparesGatherer &
374   operator=(const ConstantComparesGatherer &) = delete;
375
376 private:
377
378   /// Try to set the current value used for the comparison, it succeeds only if
379   /// it wasn't set before or if the new value is the same as the old one
380   bool setValueOnce(Value *NewVal) {
381     if(CompValue && CompValue != NewVal) return false;
382     CompValue = NewVal;
383     return (CompValue != nullptr);
384   }
385
386   /// Try to match Instruction "I" as a comparison against a constant and
387   /// populates the array Vals with the set of values that match (or do not
388   /// match depending on isEQ).
389   /// Return false on failure. On success, the Value the comparison matched
390   /// against is placed in CompValue.
391   /// If CompValue is already set, the function is expected to fail if a match
392   /// is found but the value compared to is different.
393   bool matchInstruction(Instruction *I, bool isEQ) {
394     // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
395     ICmpInst *ICI;
396     ConstantInt *C;
397     if (!((ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) &&
398              (C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)))) {
399       return false;
400     }
401
402     Value *RHSVal;
403     ConstantInt *RHSC;
404
405     // Pattern match a special case
406     // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
407     // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
408     if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
409       if (match(ICI->getOperand(0),
410                 m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
411         APInt Not = ~RHSC->getValue();
412         if (Not.isPowerOf2()) {
413           // If we already have a value for the switch, it has to match!
414           if(!setValueOnce(RHSVal))
415             return false;
416
417           Vals.push_back(C);
418           Vals.push_back(ConstantInt::get(C->getContext(),
419                                           C->getValue() | Not));
420           UsedICmps++;
421           return true;
422         }
423       }
424
425       // If we already have a value for the switch, it has to match!
426       if(!setValueOnce(ICI->getOperand(0)))
427         return false;
428
429       UsedICmps++;
430       Vals.push_back(C);
431       return ICI->getOperand(0);
432     }
433
434     // If we have "x ult 3", for example, then we can add 0,1,2 to the set.
435     ConstantRange Span = ConstantRange::makeAllowedICmpRegion(
436         ICI->getPredicate(), C->getValue());
437
438     // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
439     // compare idiom as emitted by instcombine.
440     Value *CandidateVal = I->getOperand(0);
441     if(match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
442       Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
443       CandidateVal = RHSVal;
444     }
445
446     // If this is an and/!= check, then we are looking to build the set of
447     // value that *don't* pass the and chain. I.e. to turn "x ugt 2" into
448     // x != 0 && x != 1.
449     if (!isEQ)
450       Span = Span.inverse();
451
452     // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
453     if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet()) {
454       return false;
455     }
456
457     // If we already have a value for the switch, it has to match!
458     if(!setValueOnce(CandidateVal))
459       return false;
460
461     // Add all values from the range to the set
462     for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
463       Vals.push_back(ConstantInt::get(I->getContext(), Tmp));
464
465     UsedICmps++;
466     return true;
467
468   }
469
470   /// Given a potentially 'or'd or 'and'd together collection of icmp
471   /// eq/ne/lt/gt instructions that compare a value against a constant, extract
472   /// the value being compared, and stick the list constants into the Vals
473   /// vector.
474   /// One "Extra" case is allowed to differ from the other.
475   void gather(Value *V) {
476     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
477     bool isEQ = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
478
479     // Keep a stack (SmallVector for efficiency) for depth-first traversal
480     SmallVector<Value *, 8> DFT;
481
482     // Initialize
483     DFT.push_back(V);
484
485     while(!DFT.empty()) {
486       V = DFT.pop_back_val();
487
488       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
489         // If it is a || (or && depending on isEQ), process the operands.
490         if (I->getOpcode() == (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And)) {
491           DFT.push_back(I->getOperand(1));
492           DFT.push_back(I->getOperand(0));
493           continue;
494         }
495
496         // Try to match the current instruction
497         if (matchInstruction(I, isEQ))
498           // Match succeed, continue the loop
499           continue;
500       }
501
502       // One element of the sequence of || (or &&) could not be match as a
503       // comparison against the same value as the others.
504       // We allow only one "Extra" case to be checked before the switch
505       if (!Extra) {
506         Extra = V;
507         continue;
508       }
509       // Failed to parse a proper sequence, abort now
510       CompValue = nullptr;
511       break;
512     }
513   }
514 };
515
516 }
517
518 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
519   Instruction *Cond = nullptr;
520   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
521     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
522   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
523     if (BI->isConditional())
524       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
525   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
526     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
527   }
528
529   TI->eraseFromParent();
530   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
531 }
532
533 /// Return true if the specified terminator checks
534 /// to see if a value is equal to constant integer value.
535 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
536   Value *CV = nullptr;
537   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
538     // Do not permit merging of large switch instructions into their
539     // predecessors unless there is only one predecessor.
540     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
541                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
542       CV = SI->getCondition();
543   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
544     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
545       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition())) {
546         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
547           CV = ICI->getOperand(0);
548       }
549
550   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
551   if (CV) {
552     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
553       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
554       if (PTII->getType() == DL.getIntPtrType(Ptr->getType()))
555         CV = Ptr;
556     }
557   }
558   return CV;
559 }
560
561 /// Given a value comparison instruction,
562 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
563 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
564 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
565                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
566                                                                        &Cases) {
567   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
568     Cases.reserve(SI->getNumCases());
569     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
570       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
571                                                   i.getCaseSuccessor()));
572     return SI->getDefaultDest();
573   }
574
575   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
576   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
577   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
578   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
579                                                              DL),
580                                               Succ));
581   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
582 }
583
584
585 /// Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
586 /// in the list that match the specified block.
587 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
588                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
589   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
590 }
591
592 /// Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as well.
593 static bool
594 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
595               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
596   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
597
598   // Make V1 be smaller than V2.
599   if (V1->size() > V2->size())
600     std::swap(V1, V2);
601
602   if (V1->size() == 0) return false;
603   if (V1->size() == 1) {
604     // Just scan V2.
605     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
606     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
607       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
608         return true;
609   }
610
611   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
612   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
613   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
614   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
615   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
616     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
617       return true;
618     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
619       ++i1;
620     else
621       ++i2;
622   }
623   return false;
624 }
625
626 /// If TI is known to be a terminator instruction and its block is known to
627 /// only have a single predecessor block, check to see if that predecessor is
628 /// also a value comparison with the same value, and if that comparison
629 /// determines the outcome of this comparison. If so, simplify TI. This does a
630 /// very limited form of jump threading.
631 bool SimplifyCFGOpt::
632 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
633                                               BasicBlock *Pred,
634                                               IRBuilder<> &Builder) {
635   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
636   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
637
638   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
639   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
640   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
641
642   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
643   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
644
645   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
646   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
647   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
648                                                         PredCases);
649   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
650
651   // Find information about how control leaves this block.
652   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
653   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
654   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
655
656   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
657   // simplify TI based on this knowledge.
658   if (PredDef == TI->getParent()) {
659     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
660     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
661     // can simplify TI.
662     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
663       return false;
664
665     if (isa<BranchInst>(TI)) {
666       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
667       // uncond br.
668       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
669       // Insert the new branch.
670       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
671       (void) NI;
672
673       // Remove PHI node entries for the dead edge.
674       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
675
676       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
677            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
678
679       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
680       return true;
681     }
682
683     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
684     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
685     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
686     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
687       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
688
689     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
690                  << "Through successor TI: " << *TI);
691
692     // Collect branch weights into a vector.
693     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
694     MDNode *MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
695     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
696     if (HasWeight)
697       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
698            ++MD_i) {
699         ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
700         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
701       }
702     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
703       --i;
704       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
705         if (HasWeight) {
706           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
707           Weights.pop_back();
708         }
709         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
710         SI->removeCase(i);
711       }
712     }
713     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
714       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
715                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
716                       createBranchWeights(Weights));
717
718     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
719     return true;
720   }
721
722   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
723   // which value (or set of values) this is.
724   ConstantInt *TIV = nullptr;
725   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
726   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
727     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
728       if (TIV)
729         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
730       TIV = PredCases[i].Value;
731     }
732   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
733
734   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
735   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
736   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
737   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
738     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
739       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
740       break;
741     }
742
743   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
744   if (!TheRealDest) TheRealDest = ThisDef;
745
746   // Remove PHI node entries for dead edges.
747   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
748   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
749     if (*SI != CheckEdge)
750       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
751     else
752       CheckEdge = nullptr;
753
754   // Insert the new branch.
755   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
756   (void) NI;
757
758   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
759             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
760
761   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
762   return true;
763 }
764
765 namespace {
766   /// This class implements a stable ordering of constant
767   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
768   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
769   struct ConstantIntOrdering {
770     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
771       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
772     }
773   };
774 }
775
776 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
777                                     ConstantInt *const *P2) {
778   const ConstantInt *LHS = *P1;
779   const ConstantInt *RHS = *P2;
780   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
781     return 1;
782   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
783     return 0;
784   return -1;
785 }
786
787 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
788   MDNode *ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
789   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
790     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
791       return MDS->getString().equals("branch_weights");
792
793   return false;
794 }
795
796 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
797 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
798 /// metadata.
799 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
800                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
801   MDNode *MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
802   assert(MD);
803   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
804     ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
805     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
806   }
807
808   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
809   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
810   // default weight to be the first entry.
811   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
812     assert(Weights.size() == 2);
813     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
814     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
815       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
816   }
817 }
818
819 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
820 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
821   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
822   if (Max > UINT_MAX) {
823     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
824     for (uint64_t &I : Weights)
825       I >>= Offset;
826   }
827 }
828
829 /// The specified terminator is a value equality comparison instruction
830 /// (either a switch or a branch on "X == c").
831 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
832 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
833 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
834                                                          IRBuilder<> &Builder) {
835   BasicBlock *BB = TI->getParent();
836   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
837   assert(CV && "Not a comparison?");
838   bool Changed = false;
839
840   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
841   while (!Preds.empty()) {
842     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
843
844     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
845     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
846     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
847
848     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
849       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
850       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
851       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
852
853       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
854       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
855
856       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
857       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
858       // build.
859       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
860
861       // Update the branch weight metadata along the way
862       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
863       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
864       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
865
866       if (PredHasWeights) {
867         GetBranchWeights(PTI, Weights);
868         // branch-weight metadata is inconsistent here.
869         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
870           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
871       } else if (SuccHasWeights)
872         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
873         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
874         // successor's weights
875         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
876
877       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
878       if (SuccHasWeights) {
879         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
880         // branch-weight metadata is inconsistent here.
881         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
882           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
883       } else if (PredHasWeights)
884         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
885
886       if (PredDefault == BB) {
887         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
888         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
889         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
890         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
891           if (PredCases[i].Dest != BB)
892             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
893           else {
894             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
895             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
896
897             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
898               // Increase weight for the default case.
899               Weights[0] += Weights[i+1];
900               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
901               Weights.pop_back();
902             }
903
904             PredCases.pop_back();
905             --i; --e;
906           }
907
908         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
909         if (PredDefault != BBDefault) {
910           PredDefault->removePredecessor(Pred);
911           PredDefault = BBDefault;
912           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
913         }
914
915         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
916         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
917         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
918           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
919               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
920             PredCases.push_back(BBCases[i]);
921             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
922             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
923               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
924               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
925               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
926               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
927               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
928             }
929           }
930
931         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
932           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
933           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
934           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
935             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
936           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
937           Weights[0] *= SuccWeights[0];
938         }
939       } else {
940         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
941         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
942         // activated.
943         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
944         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
945         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
946           if (PredCases[i].Dest == BB) {
947             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
948
949             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
950               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
951               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
952               Weights.pop_back();
953             }
954
955             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
956             PredCases.pop_back();
957             --i; --e;
958           }
959
960         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
961         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
962         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
963           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
964             // If this is one we are capable of getting...
965             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
966               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
967             PredCases.push_back(BBCases[i]);
968             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
969             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
970           }
971
972         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
973         // they must go to the default destination of TI.
974         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
975                                     PTIHandled.begin(),
976                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
977           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
978             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
979           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
980           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
981         }
982       }
983
984       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
985       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
986       // successors.
987       for (BasicBlock *NewSuccessor : NewSuccessors)
988         AddPredecessorToBlock(NewSuccessor, Pred, BB);
989
990       Builder.SetInsertPoint(PTI);
991       // Convert pointer to int before we switch.
992       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
993         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL.getIntPtrType(CV->getType()),
994                                     "magicptr");
995       }
996
997       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
998       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
999                                                PredCases.size());
1000       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
1001       for (ValueEqualityComparisonCase &V : PredCases)
1002         NewSI->addCase(V.Value, V.Dest);
1003
1004       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1005         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1006         FitWeights(Weights);
1007
1008         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1009
1010         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1011                            MDBuilder(BB->getContext()).
1012                            createBranchWeights(MDWeights));
1013       }
1014
1015       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1016
1017       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1018       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1019       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1020       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
1021       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1022         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1023           if (!InfLoopBlock) {
1024             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1025             // or it won't matter if it's hot. :)
1026             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1027                                               "infloop", BB->getParent());
1028             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1029           }
1030           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1031         }
1032
1033       Changed = true;
1034     }
1035   }
1036   return Changed;
1037 }
1038
1039 // If we would need to insert a select that uses the value of this invoke
1040 // (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we would need to do this), we
1041 // can't hoist the invoke, as there is nowhere to put the select in this case.
1042 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1043                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1044   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1045     PHINode *PN;
1046     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1047          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1048       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1049       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1050       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1051         return false;
1052       }
1053     }
1054   }
1055   return true;
1056 }
1057
1058 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
1059
1060 /// Given a conditional branch that goes to BB1 and BB2, hoist any common code
1061 /// in the two blocks up into the branch block. The caller of this function
1062 /// guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1063 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI,
1064                                   const TargetTransformInfo &TTI) {
1065   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1066   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1067   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1068   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1069   // identical order.
1070   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1071   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1072
1073   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1074   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1075
1076   Instruction *I1 = &*BB1_Itr++, *I2 = &*BB2_Itr++;
1077   // Skip debug info if it is not identical.
1078   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1079   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1080   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1081     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1082       I1 = &*BB1_Itr++;
1083     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1084       I2 = &*BB2_Itr++;
1085   }
1086   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1087       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1088     return false;
1089
1090   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1091
1092   bool Changed = false;
1093   do {
1094     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1095     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1096     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1097       goto HoistTerminator;
1098
1099     if (!TTI.isProfitableToHoist(I1) || !TTI.isProfitableToHoist(I2))
1100       return Changed;
1101
1102     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1103     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1104     // the now redundant second instruction.
1105     BIParent->getInstList().splice(BI->getIterator(), BB1->getInstList(), I1);
1106     if (!I2->use_empty())
1107       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1108     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1109     unsigned KnownIDs[] = {
1110         LLVMContext::MD_tbaa,    LLVMContext::MD_range,
1111         LLVMContext::MD_fpmath,  LLVMContext::MD_invariant_load,
1112         LLVMContext::MD_nonnull, LLVMContext::MD_invariant_group,
1113         LLVMContext::MD_align,   LLVMContext::MD_dereferenceable,
1114         LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null};
1115     combineMetadata(I1, I2, KnownIDs);
1116     I2->eraseFromParent();
1117     Changed = true;
1118
1119     I1 = &*BB1_Itr++;
1120     I2 = &*BB2_Itr++;
1121     // Skip debug info if it is not identical.
1122     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1123     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1124     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1125       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1126         I1 = &*BB1_Itr++;
1127       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1128         I2 = &*BB2_Itr++;
1129     }
1130   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1131
1132   return true;
1133
1134 HoistTerminator:
1135   // It may not be possible to hoist an invoke.
1136   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1137     return Changed;
1138
1139   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1140     PHINode *PN;
1141     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1142          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1143       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1144       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1145       if (BB1V == BB2V)
1146         continue;
1147
1148       // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
1149       // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
1150       if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, PN) ||
1151           passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, PN))
1152        return Changed;
1153
1154       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V))
1155         return Changed;
1156       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V))
1157         return Changed;
1158     }
1159   }
1160
1161   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1162   Instruction *NT = I1->clone();
1163   BIParent->getInstList().insert(BI->getIterator(), NT);
1164   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1165     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1166     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1167     NT->takeName(I1);
1168   }
1169
1170   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1171   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1172   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1173   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1174   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1175   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1176   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1177     PHINode *PN;
1178     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1179          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1180       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1181       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1182       if (BB1V == BB2V) continue;
1183
1184       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1185       // that determines the right value.
1186       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1187       if (!SI)
1188         SI = cast<SelectInst>
1189           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1190                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1191
1192       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1193       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1194         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1195           PN->setIncomingValue(i, SI);
1196     }
1197   }
1198
1199   // Update any PHI nodes in our new successors.
1200   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1201     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1202
1203   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1204   return true;
1205 }
1206
1207 /// Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1208 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1209 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1210 /// in the two predecessors to BBEnd.
1211 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1212   assert(BI1->isUnconditional());
1213   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1214   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1215
1216   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1217   // an unconditional branch.
1218   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1219   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1220   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1221     return false;
1222   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1223   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1224     return false;
1225   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1226   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1227   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1228     return false;
1229
1230   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1231   SmallDenseMap<std::pair<Value *, Value *>, PHINode *> JointValueMap;
1232   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
1233   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end(); I != E; ++I) {
1234     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1235       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1236       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1237       JointValueMap[std::make_pair(BB1V, BB2V)] = PN;
1238     } else {
1239       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1240       break;
1241     }
1242   }
1243   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1244     return false;
1245
1246   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1247   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1248   // instructions in an identical order.
1249   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1250                                              RE1 = BB1->getInstList().rend(),
1251                                              RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1252                                              RE2 = BB2->getInstList().rend();
1253   // Skip debug info.
1254   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1255   if (RI1 == RE1)
1256     return false;
1257   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1258   if (RI2 == RE2)
1259     return false;
1260   // Skip the unconditional branches.
1261   ++RI1;
1262   ++RI2;
1263
1264   bool Changed = false;
1265   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1266     // Skip debug info.
1267     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1268     if (RI1 == RE1)
1269       return Changed;
1270     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1271     if (RI2 == RE2)
1272       return Changed;
1273
1274     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1275     auto InstPair = std::make_pair(I1, I2);
1276     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1277     // perform the same operation.
1278     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1279     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1280         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1281         I1->isEHPad() || I2->isEHPad() ||
1282         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1283         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1284         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1285         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1286         !JointValueMap.count(InstPair))
1287       return Changed;
1288
1289     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1290     // TODO: Add support of communativity.
1291     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1292     bool SwapOpnds = false;
1293     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1294         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1295         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1296         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1297          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1298       ICmp2->swapOperands();
1299       SwapOpnds = true;
1300     }
1301     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1302       if (SwapOpnds)
1303         ICmp2->swapOperands();
1304       return Changed;
1305     }
1306
1307     // The operands should be either the same or they need to be generated
1308     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1309     // a single pair of different operands.
1310     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
1311     unsigned Op1Idx = ~0U;
1312     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1313       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1314         continue;
1315       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or if
1316       // we need a PHI node to replace a constant.
1317       if (Op1Idx != ~0U ||
1318           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1319           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1320         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1321         if (SwapOpnds)
1322           ICmp2->swapOperands();
1323         return Changed;
1324       }
1325       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1326       Op1Idx = I;
1327       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1328     }
1329
1330     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n");
1331     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n");
1332
1333     // We insert the pair of different operands to JointValueMap and
1334     // remove (I1, I2) from JointValueMap.
1335     if (Op1Idx != ~0U) {
1336       auto &NewPN = JointValueMap[std::make_pair(DifferentOp1, DifferentOp2)];
1337       if (!NewPN) {
1338         NewPN =
1339             PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1340                             DifferentOp1->getName() + ".sink", &BBEnd->front());
1341         NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1342         NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1343         DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1344       }
1345       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1346       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1347     }
1348     PHINode *OldPN = JointValueMap[InstPair];
1349     JointValueMap.erase(InstPair);
1350
1351     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1352     // instruction in the basic block down.
1353     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1354     // Sink the instruction.
1355     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd->getIterator(),
1356                                 BB1->getInstList(), I1);
1357     if (!OldPN->use_empty())
1358       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1359     OldPN->eraseFromParent();
1360
1361     if (!I2->use_empty())
1362       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1363     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1364     // TODO: Use combineMetadata here to preserve what metadata we can
1365     // (analogous to the hoisting case above).
1366     I2->eraseFromParent();
1367
1368     if (UpdateRE1)
1369       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1370     if (UpdateRE2)
1371       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1372     FirstNonPhiInBBEnd = &*I1;
1373     NumSinkCommons++;
1374     Changed = true;
1375   }
1376   return Changed;
1377 }
1378
1379 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1380 /// conditional block.
1381 ///
1382 /// We are looking for code like the following:
1383 ///   BrBB:
1384 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1385 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1386 ///     ... // function).
1387 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1388 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1389 ///   ThenBB:
1390 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1391 ///     br label EndBB
1392 ///   EndBB:
1393 ///     ...
1394 ///   We are going to transform this into:
1395 ///   BrBB:
1396 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1397 ///     ... //
1398 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1399 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1400 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1401 ///     ...
1402 ///
1403 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1404 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1405 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1406                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1407   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1408   if (!StoreToHoist)
1409     return nullptr;
1410
1411   // Volatile or atomic.
1412   if (!StoreToHoist->isSimple())
1413     return nullptr;
1414
1415   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1416
1417   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1418   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1419   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1420        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1421     Instruction *CurI = &*RI;
1422
1423     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1424     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1425       return nullptr;
1426
1427     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1428     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1429     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1430       // Found the previous store, return its value operand.
1431       return SI->getValueOperand();
1432     else if (SI)
1433       return nullptr; // Unknown store.
1434   }
1435
1436   return nullptr;
1437 }
1438
1439 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1440 ///
1441 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1442 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1443 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1444 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1445 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1446 ///
1447 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1448 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1449 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1450 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1451 ///
1452 ///
1453 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1454 /// \code
1455 ///   BB:
1456 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1457 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1458 ///   ThenBB:
1459 ///     %sub = sub %x, %y
1460 ///     br label BB2
1461 ///   EndBB:
1462 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1463 ///     ...
1464 /// \endcode
1465 ///
1466 /// Into this IR:
1467 /// \code
1468 ///   BB:
1469 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1470 ///     %sub = sub %x, %y
1471 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1472 ///     ...
1473 /// \endcode
1474 ///
1475 /// \returns true if the conditional block is removed.
1476 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1477                                    const TargetTransformInfo &TTI) {
1478   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1479   Value *BrCond = BI->getCondition();
1480   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1481     return false;
1482
1483   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1484   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1485
1486   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1487   // to swap the select operands later.
1488   bool Invert = false;
1489   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1490     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1491     Invert = true;
1492   }
1493   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1494
1495   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1496   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1497   // - They are defined in BB, and
1498   // - They have no side effects, and
1499   // - All of their uses are in CondBB.
1500   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1501
1502   unsigned SpeculationCost = 0;
1503   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1504   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1505   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1506                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1507        BBI != BBE; ++BBI) {
1508     Instruction *I = &*BBI;
1509     // Skip debug info.
1510     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1511       continue;
1512
1513     // Only speculatively execute a single instruction (not counting the
1514     // terminator) for now.
1515     ++SpeculationCost;
1516     if (SpeculationCost > 1)
1517       return false;
1518
1519     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1520     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1521         !(HoistCondStores && (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(
1522                                   I, BB, ThenBB, EndBB))))
1523       return false;
1524     if (!SpeculatedStoreValue &&
1525         ComputeSpeculationCost(I, TTI) >
1526             PHINodeFoldingThreshold * TargetTransformInfo::TCC_Basic)
1527       return false;
1528
1529     // Store the store speculation candidate.
1530     if (SpeculatedStoreValue)
1531       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1532
1533     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1534     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1535     // being sunk into the use block.
1536     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1537          i != e; ++i) {
1538       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1539       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1540           OpI->mayHaveSideEffects())
1541         continue; // Not a candidate for sinking.
1542
1543       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1544     }
1545   }
1546
1547   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1548   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1549   // and so iteration order isn't significant.
1550   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1551            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1552        I != E; ++I)
1553     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1554       ++SpeculationCost;
1555       if (SpeculationCost > 1)
1556         return false;
1557     }
1558
1559   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1560   bool HaveRewritablePHIs = false;
1561   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1562        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1563     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1564     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1565
1566     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1567     // Skip PHIs which are trivial.
1568     if (ThenV == OrigV)
1569       continue;
1570
1571     // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
1572     if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, PN) ||
1573         passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, PN))
1574       return false;
1575
1576     HaveRewritablePHIs = true;
1577     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1578     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1579     if (!OrigCE && !ThenCE)
1580       continue; // Known safe and cheap.
1581
1582     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE)) ||
1583         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE)))
1584       return false;
1585     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, TTI) : 0;
1586     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, TTI) : 0;
1587     unsigned MaxCost = 2 * PHINodeFoldingThreshold *
1588       TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1589     if (OrigCost + ThenCost > MaxCost)
1590       return false;
1591
1592     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1593     // getting expanded into Instructions.
1594     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1595     // constant expression.
1596     ++SpeculationCost;
1597     if (SpeculationCost > 1)
1598       return false;
1599   }
1600
1601   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1602   // as well.
1603   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1604     return false;
1605
1606   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1607   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1608
1609   // Insert a select of the value of the speculated store.
1610   if (SpeculatedStoreValue) {
1611     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1612     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1613     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1614     if (Invert)
1615       std::swap(TrueV, FalseV);
1616     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1617                                     "." + FalseV->getName());
1618     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1619   }
1620
1621   // Metadata can be dependent on the condition we are hoisting above.
1622   // Conservatively strip all metadata on the instruction.
1623   for (auto &I: *ThenBB)
1624     I.dropUnknownNonDebugMetadata();
1625
1626   // Hoist the instructions.
1627   BB->getInstList().splice(BI->getIterator(), ThenBB->getInstList(),
1628                            ThenBB->begin(), std::prev(ThenBB->end()));
1629
1630   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1631   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1632   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1633        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1634     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1635     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1636     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1637     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1638
1639     // Skip PHIs which are trivial.
1640     if (OrigV == ThenV)
1641       continue;
1642
1643     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1644     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1645     // destinations were inverted.
1646     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1647     if (Invert)
1648       std::swap(TrueV, FalseV);
1649     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1650                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1651     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1652     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1653   }
1654
1655   ++NumSpeculations;
1656   return true;
1657 }
1658
1659 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1660 /// attribute.
1661 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1662   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1663     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1664     if (!CI)
1665       continue;
1666     if (CI->cannotDuplicate())
1667       return true;
1668   }
1669   return false;
1670 }
1671
1672 /// Return true if we can thread a branch across this block.
1673 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1674   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1675   unsigned Size = 0;
1676
1677   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1678     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1679       continue;
1680     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1681     ++Size;
1682
1683     // We can only support instructions that do not define values that are
1684     // live outside of the current basic block.
1685     for (User *U : BBI->users()) {
1686       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1687       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1688     }
1689
1690     // Looks ok, continue checking.
1691   }
1692
1693   return true;
1694 }
1695
1696 /// If we have a conditional branch on a PHI node value that is defined in the
1697 /// same block as the branch and if any PHI entries are constants, thread edges
1698 /// corresponding to that entry to be branches to their ultimate destination.
1699 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout &DL) {
1700   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1701   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1702   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1703   // outside of the block.
1704   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1705     return false;
1706
1707   // Degenerate case of a single entry PHI.
1708   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1709     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1710     return true;
1711   }
1712
1713   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1714   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1715
1716   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1717
1718   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1719   // constants.
1720   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1721     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1722     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1723
1724     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1725     // branch to RealDest.
1726     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1727     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1728
1729     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1730     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1731     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1732
1733     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1734     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1735     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1736     // the edge we are about to create.
1737     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1738                                             RealDest->getName()+".critedge",
1739                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1740     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1741
1742     // Update PHI nodes.
1743     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1744
1745     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1746     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1747     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1748     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1749     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1750     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1751       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1752         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1753         continue;
1754       }
1755       // Clone the instruction.
1756       Instruction *N = BBI->clone();
1757       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1758
1759       // Update operands due to translation.
1760       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1761            i != e; ++i) {
1762         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1763         if (PI != TranslateMap.end())
1764           *i = PI->second;
1765       }
1766
1767       // Check for trivial simplification.
1768       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1769         TranslateMap[&*BBI] = V;
1770         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1771       } else {
1772         // Insert the new instruction into its new home.
1773         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1774         if (!BBI->use_empty())
1775           TranslateMap[&*BBI] = N;
1776       }
1777     }
1778
1779     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1780     // to EdgeBB instead.
1781     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1782     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1783       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1784         BB->removePredecessor(PredBB);
1785         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1786       }
1787
1788     // Recurse, simplifying any other constants.
1789     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1790   }
1791
1792   return false;
1793 }
1794
1795 /// Given a BB that starts with the specified two-entry PHI node,
1796 /// see if we can eliminate it.
1797 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const TargetTransformInfo &TTI,
1798                                 const DataLayout &DL) {
1799   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1800   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1801   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1802   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1803   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1804   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1805   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1806   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1807   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1808   if (!IfCond ||
1809       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1810       isa<ConstantInt>(IfCond))
1811     return false;
1812
1813   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1814   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1815   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1816   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1817   // fewer PHI nodes in this block.
1818   unsigned NumPhis = 0;
1819   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1820     if (NumPhis > 2)
1821       return false;
1822
1823   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1824   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1825   // that need to be moved to the dominating block.
1826   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1827   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1828            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1829   MaxCostVal0 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1830   MaxCostVal1 *= TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1831
1832   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1833     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1834     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1835       PN->replaceAllUsesWith(V);
1836       PN->eraseFromParent();
1837       continue;
1838     }
1839
1840     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1841                              MaxCostVal0, TTI) ||
1842         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1843                              MaxCostVal1, TTI))
1844       return false;
1845   }
1846
1847   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1848   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1849   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1850   if (!PN) return true;
1851
1852   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1853   // often be turned into switches and other things.
1854   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1855       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1856        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1857        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1858     return false;
1859
1860   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1861   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1862   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1863   // worth promoting to select instructions.
1864   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
1865   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1866   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1867   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1868     IfBlock1 = nullptr;
1869   } else {
1870     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1871     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1872       if (!AggressiveInsts.count(&*I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1873         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1874         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1875         // flow, so the xform is not worth it.
1876         return false;
1877       }
1878   }
1879
1880   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1881     IfBlock2 = nullptr;
1882   } else {
1883     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1884     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1885       if (!AggressiveInsts.count(&*I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1886         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1887         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1888         // flow, so the xform is not worth it.
1889         return false;
1890       }
1891   }
1892
1893   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1894                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1895
1896   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1897   // do all of the PHI's now.
1898   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1899   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1900
1901   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1902   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1903   if (IfBlock1)
1904     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt->getIterator(),
1905                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1906                                    IfBlock1->getTerminator()->getIterator());
1907   if (IfBlock2)
1908     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt->getIterator(),
1909                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1910                                    IfBlock2->getTerminator()->getIterator());
1911
1912   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1913     // Change the PHI node into a select instruction.
1914     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1915     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1916
1917     SelectInst *NV =
1918       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1919     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1920     NV->takeName(PN);
1921     PN->eraseFromParent();
1922   }
1923
1924   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1925   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1926   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1927   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1928   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1929   Builder.CreateBr(BB);
1930   OldTI->eraseFromParent();
1931   return true;
1932 }
1933
1934 /// If we found a conditional branch that goes to two returning blocks,
1935 /// try to merge them together into one return,
1936 /// introducing a select if the return values disagree.
1937 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1938                                            IRBuilder<> &Builder) {
1939   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1940   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1941   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1942   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1943   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1944
1945   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1946   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1947   // computation on one path or the other.
1948   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1949     return false;
1950   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1951     return false;
1952
1953   Builder.SetInsertPoint(BI);
1954   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1955   // there is no return value for this function, just change the
1956   // branch into a return.
1957   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1958     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1959     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1960     Builder.CreateRetVoid();
1961     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1962     return true;
1963   }
1964
1965   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1966   // so we can insert a new select instruction.
1967   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1968   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1969
1970   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1971   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1972     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1973       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1974   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1975     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1976       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1977
1978   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1979   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1980   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1981   // constant expression that prevents this transformation from being
1982   // safe.
1983   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1984     if (TCV->canTrap())
1985       return false;
1986   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1987     if (FCV->canTrap())
1988       return false;
1989
1990   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1991   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1992   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1993   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1994
1995   // Insert select instructions where needed.
1996   Value *BrCond = BI->getCondition();
1997   if (TrueValue) {
1998     // Insert a select if the results differ.
1999     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
2000     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
2001       TrueValue = FalseValue;
2002     } else {
2003       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
2004                                        FalseValue, "retval");
2005     }
2006   }
2007
2008   Value *RI = !TrueValue ?
2009     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
2010
2011   (void) RI;
2012
2013   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
2014                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
2015                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
2016
2017   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2018
2019   return true;
2020 }
2021
2022 /// Given a conditional BranchInstruction, retrieve the probabilities of the
2023 /// branch taking each edge. Fills in the two APInt parameters and returns true,
2024 /// or returns false if no or invalid metadata was found.
2025 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
2026                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
2027   assert(BI->isConditional() &&
2028          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
2029   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
2030   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
2031   ConstantInt *CITrue =
2032       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
2033   ConstantInt *CIFalse =
2034       mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
2035   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
2036   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
2037   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
2038   return true;
2039 }
2040
2041 /// Return true if the given instruction is available
2042 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
2043 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
2044   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
2045     return false;
2046   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
2047     Instruction *PBI = &*I;
2048     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
2049     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
2050       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
2051       Inst->eraseFromParent();
2052       return true;
2053     }
2054   }
2055   return false;
2056 }
2057
2058 /// If this basic block is simple enough, and if a predecessor branches to us
2059 /// and one of our successors, fold the block into the predecessor and use
2060 /// logical operations to pick the right destination.
2061 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, unsigned BonusInstThreshold) {
2062   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2063
2064   Instruction *Cond = nullptr;
2065   if (BI->isConditional())
2066     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2067   else {
2068     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2069     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2070     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2071     // predecessor.
2072     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2073       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2074         if (PBI->isConditional() &&
2075             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2076              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2077           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2078                I != E; ) {
2079             Instruction *Curr = &*I++;
2080             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2081               Cond = Curr;
2082               break;
2083             }
2084             // Quit if we can't remove this instruction.
2085             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2086               return false;
2087           }
2088         }
2089
2090     if (!Cond)
2091       return false;
2092   }
2093
2094   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2095       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2096   return false;
2097
2098   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2099   BasicBlock::iterator CondIt = ++Cond->getIterator();
2100
2101   // Ignore dbg intrinsics.
2102   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2103
2104   if (&*CondIt != BI)
2105     return false;
2106
2107   // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
2108   // too many instructions and these involved instructions can be executed
2109   // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
2110   // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
2111   // number of the bonus instructions does not exceed a certain threshold.
2112   unsigned NumBonusInsts = 0;
2113   for (auto I = BB->begin(); Cond != I; ++I) {
2114     // Ignore dbg intrinsics.
2115     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2116       continue;
2117     if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(&*I))
2118       return false;
2119     // I has only one use and can be executed unconditionally.
2120     Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
2121     if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
2122       return false;
2123     // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
2124     // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
2125     // and Cond.
2126     ++NumBonusInsts;
2127     // Early exits once we reach the limit.
2128     if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
2129       return false;
2130   }
2131
2132   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2133   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2134   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2135     if (CE->canTrap())
2136       return false;
2137   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2138     if (CE->canTrap())
2139       return false;
2140
2141   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2142   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2143   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2144   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2145     return false;
2146
2147   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2148     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2149     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2150
2151     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2152     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2153     // blocks.
2154     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2155     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2156         (BI->isConditional() &&
2157          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2158         (!BI->isConditional() &&
2159          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2160       continue;
2161
2162     // Determine if the two branches share a common destination.
2163     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2164     bool InvertPredCond = false;
2165
2166     if (BI->isConditional()) {
2167       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2168         Opc = Instruction::Or;
2169       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2170         Opc = Instruction::And;
2171       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2172         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2173       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2174         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2175       else
2176         continue;
2177     } else {
2178       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2179         continue;
2180     }
2181
2182     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2183     IRBuilder<> Builder(PBI);
2184
2185     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2186     if (InvertPredCond) {
2187       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2188
2189       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2190         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2191         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2192       } else {
2193         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2194                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2195       }
2196
2197       PBI->setCondition(NewCond);
2198       PBI->swapSuccessors();
2199     }
2200
2201     // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
2202     // Note that there may be multiple predecessor blocks, so we cannot move
2203     // bonus instructions to a predecessor block.
2204     ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
2205     // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
2206     // all instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
2207     // instructions.
2208     for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != BonusInst; ++BonusInst) {
2209       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
2210         continue;
2211       Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
2212       RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
2213                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2214       VMap[&*BonusInst] = NewBonusInst;
2215
2216       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2217       // its potential value. The previous information might have been valid
2218       // only given the branch precondition.
2219       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2220       // semantics we don't understand.
2221       NewBonusInst->dropUnknownNonDebugMetadata();
2222
2223       PredBlock->getInstList().insert(PBI->getIterator(), NewBonusInst);
2224       NewBonusInst->takeName(&*BonusInst);
2225       BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
2226     }
2227
2228     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2229     // two conditions together.
2230     Instruction *New = Cond->clone();
2231     RemapInstruction(New, VMap,
2232                      RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2233     PredBlock->getInstList().insert(PBI->getIterator(), New);
2234     New->takeName(Cond);
2235     Cond->setName(New->getName() + ".old");
2236
2237     if (BI->isConditional()) {
2238       Instruction *NewCond =
2239         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2240                                             New, "or.cond"));
2241       PBI->setCondition(NewCond);
2242
2243       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2244       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2245                                                   PredFalseWeight);
2246       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2247                                                   SuccFalseWeight);
2248       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2249
2250       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2251         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2252           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2253           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2254           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2255           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2256           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2257           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2258           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2259           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2260           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2261                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2262         }
2263         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2264         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2265       }
2266       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2267         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2268           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2269           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2270           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2271           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2272           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2273               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2274           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2275           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2276         }
2277         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2278         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2279       }
2280       if (NewWeights.size() == 2) {
2281         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2282         FitWeights(NewWeights);
2283
2284         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2285         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2286                          MDBuilder(BI->getContext()).
2287                          createBranchWeights(MDWeights));
2288       } else
2289         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2290     } else {
2291       // Update PHI nodes in the common successors.
2292       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2293         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2294           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2295         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2296         Instruction *MergedCond = nullptr;
2297         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2298           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2299           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2300           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2301           Instruction *NotCond =
2302             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2303                                 "not.cond"));
2304           MergedCond =
2305             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2306                                 NotCond, New,
2307                                 "and.cond"));
2308           if (PBI_C->isOne())
2309             MergedCond =
2310               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2311                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2312                                   "or.cond"));
2313         } else {
2314           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2315           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2316           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2317           MergedCond =
2318             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2319                                 PBI->getCondition(), New,
2320                                 "and.cond"));
2321           if (PBI_C->isOne()) {
2322             Instruction *NotCond =
2323               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2324                                   "not.cond"));
2325             MergedCond =
2326               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2327                                   NotCond, MergedCond,
2328                                   "or.cond"));
2329           }
2330         }
2331         // Update PHI Node.
2332         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2333                                   MergedCond);
2334       }
2335       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2336       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2337       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2338       PBI = New_PBI;
2339     }
2340
2341     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2342     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2343
2344     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2345     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2346       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2347         I->clone()->insertBefore(PBI);
2348
2349     return true;
2350   }
2351   return false;
2352 }
2353
2354 // If there is only one store in BB1 and BB2, return it, otherwise return
2355 // nullptr.
2356 static StoreInst *findUniqueStoreInBlocks(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2) {
2357   StoreInst *S = nullptr;
2358   for (auto *BB : {BB1, BB2}) {
2359     if (!BB)
2360       continue;
2361     for (auto &I : *BB)
2362       if (auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I)) {
2363         if (S)
2364           // Multiple stores seen.
2365           return nullptr;
2366         else
2367           S = SI;
2368       }
2369   }
2370   return S;
2371 }
2372
2373 static Value *ensureValueAvailableInSuccessor(Value *V, BasicBlock *BB,
2374                                               Value *AlternativeV = nullptr) {
2375   // PHI is going to be a PHI node that allows the value V that is defined in
2376   // BB to be referenced in BB's only successor.
2377   //
2378   // If AlternativeV is nullptr, the only value we care about in PHI is V. It
2379   // doesn't matter to us what the other operand is (it'll never get used). We
2380   // could just create a new PHI with an undef incoming value, but that could
2381   // increase register pressure if EarlyCSE/InstCombine can't fold it with some
2382   // other PHI. So here we directly look for some PHI in BB's successor with V
2383   // as an incoming operand. If we find one, we use it, else we create a new
2384   // one.
2385   //
2386   // If AlternativeV is not nullptr, we care about both incoming values in PHI.
2387   // PHI must be exactly: phi <ty> [ %BB, %V ], [ %OtherBB, %AlternativeV]
2388   // where OtherBB is the single other predecessor of BB's only successor.
2389   PHINode *PHI = nullptr;
2390   BasicBlock *Succ = BB->getSingleSuccessor();
2391   
2392   for (auto I = Succ->begin(); isa<PHINode>(I); ++I)
2393     if (cast<PHINode>(I)->getIncomingValueForBlock(BB) == V) {
2394       PHI = cast<PHINode>(I);
2395       if (!AlternativeV)
2396         break;
2397
2398       assert(std::distance(pred_begin(Succ), pred_end(Succ)) == 2);
2399       auto PredI = pred_begin(Succ);
2400       BasicBlock *OtherPredBB = *PredI == BB ? *++PredI : *PredI;
2401       if (PHI->getIncomingValueForBlock(OtherPredBB) == AlternativeV)
2402         break;
2403       PHI = nullptr;
2404     }
2405   if (PHI)
2406     return PHI;
2407
2408   PHI = PHINode::Create(V->getType(), 2, "simplifycfg.merge", &Succ->front());
2409   PHI->addIncoming(V, BB);
2410   for (BasicBlock *PredBB : predecessors(Succ))
2411     if (PredBB != BB)
2412       PHI->addIncoming(AlternativeV ? AlternativeV : UndefValue::get(V->getType()),
2413                        PredBB);
2414   return PHI;
2415 }
2416
2417 static bool mergeConditionalStoreToAddress(BasicBlock *PTB, BasicBlock *PFB,
2418                                            BasicBlock *QTB, BasicBlock *QFB,
2419                                            BasicBlock *PostBB, Value *Address,
2420                                            bool InvertPCond, bool InvertQCond) {
2421   auto IsaBitcastOfPointerType = [](const Instruction &I) {
2422     return Operator::getOpcode(&I) == Instruction::BitCast &&
2423            I.getType()->isPointerTy();
2424   };
2425
2426   // If we're not in aggressive mode, we only optimize if we have some
2427   // confidence that by optimizing we'll allow P and/or Q to be if-converted.
2428   auto IsWorthwhile = [&](BasicBlock *BB) {
2429     if (!BB)
2430       return true;
2431     // Heuristic: if the block can be if-converted/phi-folded and the
2432     // instructions inside are all cheap (arithmetic/GEPs), it's worthwhile to
2433     // thread this store.
2434     unsigned N = 0;
2435     for (auto &I : *BB) {
2436       // Cheap instructions viable for folding.
2437       if (isa<BinaryOperator>(I) || isa<GetElementPtrInst>(I) ||
2438           isa<StoreInst>(I))
2439         ++N;
2440       // Free instructions.
2441       else if (isa<TerminatorInst>(I) || isa<DbgInfoIntrinsic>(I) ||
2442                IsaBitcastOfPointerType(I))
2443         continue;
2444       else
2445         return false;
2446     }
2447     return N <= PHINodeFoldingThreshold;
2448   };
2449
2450   if (!MergeCondStoresAggressively && (!IsWorthwhile(PTB) ||
2451                                        !IsWorthwhile(PFB) ||
2452                                        !IsWorthwhile(QTB) ||
2453                                        !IsWorthwhile(QFB)))
2454     return false;
2455
2456   // For every pointer, there must be exactly two stores, one coming from
2457   // PTB or PFB, and the other from QTB or QFB. We don't support more than one
2458   // store (to any address) in PTB,PFB or QTB,QFB.
2459   // FIXME: We could relax this restriction with a bit more work and performance
2460   // testing.
2461   StoreInst *PStore = findUniqueStoreInBlocks(PTB, PFB);
2462   StoreInst *QStore = findUniqueStoreInBlocks(QTB, QFB);
2463   if (!PStore || !QStore)
2464     return false;
2465
2466   // Now check the stores are compatible.
2467   if (!QStore->isUnordered() || !PStore->isUnordered())
2468     return false;
2469
2470   // Check that sinking the store won't cause program behavior changes. Sinking
2471   // the store out of the Q blocks won't change any behavior as we're sinking
2472   // from a block to its unconditional successor. But we're moving a store from
2473   // the P blocks down through the middle block (QBI) and past both QFB and QTB.
2474   // So we need to check that there are no aliasing loads or stores in
2475   // QBI, QTB and QFB. We also need to check there are no conflicting memory
2476   // operations between PStore and the end of its parent block.
2477   //
2478   // The ideal way to do this is to query AliasAnalysis, but we don't
2479   // preserve AA currently so that is dangerous. Be super safe and just
2480   // check there are no other memory operations at all.
2481   for (auto &I : *QFB->getSinglePredecessor())
2482     if (I.mayReadOrWriteMemory())
2483       return false;
2484   for (auto &I : *QFB)
2485     if (&I != QStore && I.mayReadOrWriteMemory())
2486       return false;
2487   if (QTB)
2488     for (auto &I : *QTB)
2489       if (&I != QStore && I.mayReadOrWriteMemory())
2490         return false;
2491   for (auto I = BasicBlock::iterator(PStore), E = PStore->getParent()->end();
2492        I != E; ++I)
2493     if (&*I != PStore && I->mayReadOrWriteMemory())
2494       return false;
2495
2496   // OK, we're going to sink the stores to PostBB. The store has to be
2497   // conditional though, so first create the predicate.
2498   Value *PCond = cast<BranchInst>(PFB->getSinglePredecessor()->getTerminator())
2499                      ->getCondition();
2500   Value *QCond = cast<BranchInst>(QFB->getSinglePredecessor()->getTerminator())
2501                      ->getCondition();
2502
2503   Value *PPHI = ensureValueAvailableInSuccessor(PStore->getValueOperand(),
2504                                                 PStore->getParent());
2505   Value *QPHI = ensureValueAvailableInSuccessor(QStore->getValueOperand(),
2506                                                 QStore->getParent(), PPHI);
2507
2508   IRBuilder<> QB(&*PostBB->getFirstInsertionPt());
2509
2510   Value *PPred = PStore->getParent() == PTB ? PCond : QB.CreateNot(PCond);
2511   Value *QPred = QStore->getParent() == QTB ? QCond : QB.CreateNot(QCond);
2512
2513   if (InvertPCond)
2514     PPred = QB.CreateNot(PPred);
2515   if (InvertQCond)
2516     QPred = QB.CreateNot(QPred);
2517   Value *CombinedPred = QB.CreateOr(PPred, QPred);
2518
2519   auto *T =
2520       SplitBlockAndInsertIfThen(CombinedPred, &*QB.GetInsertPoint(), false);
2521   QB.SetInsertPoint(T);
2522   StoreInst *SI = cast<StoreInst>(QB.CreateStore(QPHI, Address));
2523   AAMDNodes AAMD;
2524   PStore->getAAMetadata(AAMD, /*Merge=*/false);
2525   PStore->getAAMetadata(AAMD, /*Merge=*/true);
2526   SI->setAAMetadata(AAMD);
2527
2528   QStore->eraseFromParent();
2529   PStore->eraseFromParent();
2530   
2531   return true;
2532 }
2533
2534 static bool mergeConditionalStores(BranchInst *PBI, BranchInst *QBI) {
2535   // The intention here is to find diamonds or triangles (see below) where each
2536   // conditional block contains a store to the same address. Both of these
2537   // stores are conditional, so they can't be unconditionally sunk. But it may
2538   // be profitable to speculatively sink the stores into one merged store at the
2539   // end, and predicate the merged store on the union of the two conditions of
2540   // PBI and QBI.
2541   //
2542   // This can reduce the number of stores executed if both of the conditions are
2543   // true, and can allow the blocks to become small enough to be if-converted.
2544   // This optimization will also chain, so that ladders of test-and-set
2545   // sequences can be if-converted away.
2546   //
2547   // We only deal with simple diamonds or triangles:
2548   //
2549   //     PBI       or      PBI        or a combination of the two
2550   //    /   \               | \
2551   //   PTB  PFB             |  PFB
2552   //    \   /               | /
2553   //     QBI                QBI
2554   //    /  \                | \
2555   //   QTB  QFB             |  QFB
2556   //    \  /                | /
2557   //    PostBB            PostBB
2558   //
2559   // We model triangles as a type of diamond with a nullptr "true" block.
2560   // Triangles are canonicalized so that the fallthrough edge is represented by
2561   // a true condition, as in the diagram above.
2562   //  
2563   BasicBlock *PTB = PBI->getSuccessor(0);
2564   BasicBlock *PFB = PBI->getSuccessor(1);
2565   BasicBlock *QTB = QBI->getSuccessor(0);
2566   BasicBlock *QFB = QBI->getSuccessor(1);
2567   BasicBlock *PostBB = QFB->getSingleSuccessor();
2568
2569   bool InvertPCond = false, InvertQCond = false;
2570   // Canonicalize fallthroughs to the true branches.
2571   if (PFB == QBI->getParent()) {
2572     std::swap(PFB, PTB);
2573     InvertPCond = true;
2574   }
2575   if (QFB == PostBB) {
2576     std::swap(QFB, QTB);
2577     InvertQCond = true;
2578   }
2579
2580   // From this point on we can assume PTB or QTB may be fallthroughs but PFB
2581   // and QFB may not. Model fallthroughs as a nullptr block.
2582   if (PTB == QBI->getParent())
2583     PTB = nullptr;
2584   if (QTB == PostBB)
2585     QTB = nullptr;
2586
2587   // Legality bailouts. We must have at least the non-fallthrough blocks and
2588   // the post-dominating block, and the non-fallthroughs must only have one
2589   // predecessor.
2590   auto HasOnePredAndOneSucc = [](BasicBlock *BB, BasicBlock *P, BasicBlock *S) {
2591     return BB->getSinglePredecessor() == P &&
2592            BB->getSingleSuccessor() == S;
2593   };
2594   if (!PostBB ||
2595       !HasOnePredAndOneSucc(PFB, PBI->getParent(), QBI->getParent()) ||
2596       !HasOnePredAndOneSucc(QFB, QBI->getParent(), PostBB))
2597     return false;
2598   if ((PTB && !HasOnePredAndOneSucc(PTB, PBI->getParent(), QBI->getParent())) ||
2599       (QTB && !HasOnePredAndOneSucc(QTB, QBI->getParent(), PostBB)))
2600     return false;
2601   if (PostBB->getNumUses() != 2 || QBI->getParent()->getNumUses() != 2)
2602     return false;
2603
2604   // OK, this is a sequence of two diamonds or triangles.
2605   // Check if there are stores in PTB or PFB that are repeated in QTB or QFB.
2606   SmallPtrSet<Value *,4> PStoreAddresses, QStoreAddresses;
2607   for (auto *BB : {PTB, PFB}) {
2608     if (!BB)
2609       continue;
2610     for (auto &I : *BB)
2611       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I))
2612         PStoreAddresses.insert(SI->getPointerOperand());
2613   }
2614   for (auto *BB : {QTB, QFB}) {
2615     if (!BB)
2616       continue;
2617     for (auto &I : *BB)
2618       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(&I))
2619         QStoreAddresses.insert(SI->getPointerOperand());
2620   }
2621   
2622   set_intersect(PStoreAddresses, QStoreAddresses);
2623   // set_intersect mutates PStoreAddresses in place. Rename it here to make it
2624   // clear what it contains.
2625   auto &CommonAddresses = PStoreAddresses;
2626
2627   bool Changed = false;
2628   for (auto *Address : CommonAddresses)
2629     Changed |= mergeConditionalStoreToAddress(
2630         PTB, PFB, QTB, QFB, PostBB, Address, InvertPCond, InvertQCond);
2631   return Changed;
2632 }
2633
2634 /// If we have a conditional branch as a predecessor of another block,
2635 /// this function tries to simplify it.  We know
2636 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2637 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2638 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI,
2639                                            const DataLayout &DL) {
2640   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2641   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2642
2643   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2644   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2645   // this conditional branch redundant.
2646   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2647       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2648     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2649     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2650     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2651       // Turn this into a branch on constant.
2652       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2653       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2654                                         CondIsTrue));
2655       return true;  // Nuke the branch on constant.
2656     }
2657
2658     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2659     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2660     // simplifycfg will thread the block.
2661     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2662       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2663       PHINode *NewPN = PHINode::Create(
2664           Type::getInt1Ty(BB->getContext()), std::distance(PB, PE),
2665           BI->getCondition()->getName() + ".pr", &BB->front());
2666       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2667       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2668       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2669       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2670         BasicBlock *P = *PI;
2671         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2672             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2673             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2674             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2675           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2676           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2677                                               CondIsTrue), P);
2678         } else {
2679           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2680         }
2681       }
2682
2683       BI->setCondition(NewPN);
2684       return true;
2685     }
2686   }
2687
2688   if (auto *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2689     if (CE->canTrap())
2690       return false;
2691
2692   // If BI is reached from the true path of PBI and PBI's condition implies
2693   // BI's condition, we know the direction of the BI branch.
2694   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getParent() &&
2695       isImpliedCondition(PBI->getCondition(), BI->getCondition(), DL) &&
2696       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1) &&
2697       BB->getSinglePredecessor()) {
2698     // Turn this into a branch on constant.
2699     auto *OldCond = BI->getCondition();
2700     BI->setCondition(ConstantInt::getTrue(BB->getContext()));
2701     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
2702     return true;  // Nuke the branch on constant.
2703   }
2704
2705   // If both branches are conditional and both contain stores to the same
2706   // address, remove the stores from the conditionals and create a conditional
2707   // merged store at the end.
2708   if (MergeCondStores && mergeConditionalStores(PBI, BI))
2709     return true;
2710
2711   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2712   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
2713   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2714   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2715   // Ignore dbg intrinsics.
2716   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2717     ++BBI;
2718   if (&*BBI != BI)
2719     return false;
2720
2721   int PBIOp, BIOp;
2722   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2723     PBIOp = BIOp = 0;
2724   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2725     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2726   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2727     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2728   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2729     PBIOp = BIOp = 1;
2730   else
2731     return false;
2732
2733   // Check to make sure that the other destination of this branch
2734   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2735   // keep getting unwound.
2736   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2737     return false;
2738
2739   // Do not perform this transformation if it would require
2740   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2741   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2742
2743   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
2744   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
2745   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
2746
2747   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2748   unsigned NumPhis = 0;
2749   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2750        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis) {
2751     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2752       return false;
2753
2754     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
2755     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2756     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
2757       if (CE->canTrap())
2758         return false;
2759
2760     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2761     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2762     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
2763       if (CE->canTrap())
2764         return false;
2765   }
2766
2767   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2768   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2769
2770   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2771                << "AND: " << *BI->getParent());
2772
2773
2774   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2775   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2776   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2777   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2778   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2779   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2780   // infinite loop with no cond branch.
2781   if (OtherDest == BB) {
2782     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2783     // or it won't matter if it's hot. :)
2784     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2785                                                   "infloop", BB->getParent());
2786     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2787     OtherDest = InfLoopBlock;
2788   }
2789
2790   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2791
2792   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2793   // it alone, but modify PBI.
2794
2795   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2796   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2797   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2798   if (PBIOp)
2799     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2800
2801   Value *BICond = BI->getCondition();
2802   if (BIOp)
2803     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2804
2805   // Merge the conditions.
2806   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2807
2808   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2809   PBI->setCondition(Cond);
2810   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2811   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2812
2813   // Update branch weight for PBI.
2814   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2815   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2816                                               PredFalseWeight);
2817   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2818                                               SuccFalseWeight);
2819   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2820     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2821     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2822     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2823     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2824     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2825     //                                    PredOther * SuccCommon.
2826     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2827     uint64_t NewWeights[2] = {PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2828                                   PredOther * SuccCommon,
2829                               PredOther * SuccOther};
2830     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2831     FitWeights(NewWeights);
2832
2833     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2834                      MDBuilder(BI->getContext())
2835                          .createBranchWeights(NewWeights[0], NewWeights[1]));
2836   }
2837
2838   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2839   // block that are identical to the entries for BI's block.
2840   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2841
2842   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2843   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2844   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2845   // them agree.
2846   PHINode *PN;
2847   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2848        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2849     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2850     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2851     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2852     if (BIV != PBIV) {
2853       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2854       Value *NV = cast<SelectInst>
2855         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2856       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2857     }
2858   }
2859
2860   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2861   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2862
2863   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2864   // one fewer predecessor.
2865   return true;
2866 }
2867
2868 // Simplifies a terminator by replacing it with a branch to TrueBB if Cond is
2869 // true or to FalseBB if Cond is false.
2870 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2871 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2872 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2873 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2874                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2875                                        uint32_t TrueWeight,
2876                                        uint32_t FalseWeight){
2877   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2878   // First, figure out which successors to preserve.
2879   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2880   // successor.
2881   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2882   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
2883
2884   // Then remove the rest.
2885   for (BasicBlock *Succ : OldTerm->successors()) {
2886     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2887     if (Succ == KeepEdge1)
2888       KeepEdge1 = nullptr;
2889     else if (Succ == KeepEdge2)
2890       KeepEdge2 = nullptr;
2891     else
2892       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent(),
2893                               /*DontDeleteUselessPHIs=*/true);
2894   }
2895
2896   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2897   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2898
2899   // Insert an appropriate new terminator.
2900   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
2901     if (TrueBB == FalseBB)
2902       // We were only looking for one successor, and it was present.
2903       // Create an unconditional branch to it.
2904       Builder.CreateBr(TrueBB);
2905     else {
2906       // We found both of the successors we were looking for.
2907       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2908       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2909       if (TrueWeight != FalseWeight)
2910         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2911                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2912                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2913     }
2914   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2915     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2916     // terminator must be unreachable.
2917     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2918   } else {
2919     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2920     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2921     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2922     if (!KeepEdge1)
2923       // Only TrueBB was found.
2924       Builder.CreateBr(TrueBB);
2925     else
2926       // Only FalseBB was found.
2927       Builder.CreateBr(FalseBB);
2928   }
2929
2930   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2931   return true;
2932 }
2933
2934 // Replaces
2935 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2936 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2937 // unconditional otherwise.
2938 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2939   // Check for constant integer values in the select.
2940   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2941   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2942   if (!TrueVal || !FalseVal)
2943     return false;
2944
2945   // Find the relevant condition and destinations.
2946   Value *Condition = Select->getCondition();
2947   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2948   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2949
2950   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2951   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2952   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2953   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2954   if (HasWeights) {
2955     GetBranchWeights(SI, Weights);
2956     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2957       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2958                                      getSuccessorIndex()];
2959       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2960                                       getSuccessorIndex()];
2961     }
2962   }
2963
2964   // Perform the actual simplification.
2965   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2966                                     TrueWeight, FalseWeight);
2967 }
2968
2969 // Replaces
2970 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2971 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2972 // with
2973 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2974 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2975   // Check that both operands of the select are block addresses.
2976   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2977   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2978   if (!TBA || !FBA)
2979     return false;
2980
2981   // Extract the actual blocks.
2982   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2983   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2984
2985   // Perform the actual simplification.
2986   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2987                                     0, 0);
2988 }
2989
2990 /// This is called when we find an icmp instruction
2991 /// (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2992 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2993 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2994 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2995 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2996 /// like:
2997 ///
2998 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2999 /// DEFAULT:
3000 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
3001 ///   br label %end
3002 /// end:
3003 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
3004 ///
3005 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
3006 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
3007 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
3008     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const DataLayout &DL,
3009     const TargetTransformInfo &TTI, unsigned BonusInstThreshold,
3010     AssumptionCache *AC) {
3011   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
3012
3013   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
3014   // complex.
3015   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
3016
3017   Value *V = ICI->getOperand(0);
3018   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
3019
3020   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
3021   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
3022   // fold the compared value into the switch to simplify things.
3023   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
3024   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
3025
3026   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
3027   if (SI->getCondition() != V)
3028     return false;
3029
3030   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
3031   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
3032   // away.
3033   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
3034     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
3035     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
3036     ICI->setOperand(0, VVal);
3037
3038     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
3039       ICI->replaceAllUsesWith(V);
3040       ICI->eraseFromParent();
3041     }
3042     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
3043     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
3044   }
3045
3046   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
3047   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
3048   // and zap it.
3049   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
3050     Value *V;
3051     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
3052       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
3053     else
3054       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
3055
3056     ICI->replaceAllUsesWith(V);
3057     ICI->eraseFromParent();
3058     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
3059     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
3060   }
3061
3062   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
3063   // the block.
3064   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
3065   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
3066   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
3067       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
3068     return false;
3069
3070   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
3071   // true in the PHI.
3072   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
3073   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
3074
3075   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
3076     std::swap(DefaultCst, NewCst);
3077
3078   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
3079   // false depending on if it is EQ or NE.
3080   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
3081   ICI->eraseFromParent();
3082
3083   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
3084   // the switch to the merge point on the compared value.
3085   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
3086                                          BB->getParent(), BB);
3087   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3088   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3089   if (HasWeights) {
3090     GetBranchWeights(SI, Weights);
3091     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3092       // Split weight for default case to case for "Cst".
3093       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
3094       Weights.push_back(Weights[0]);
3095
3096       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3097       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3098                       MDBuilder(SI->getContext()).
3099                       createBranchWeights(MDWeights));
3100     }
3101   }
3102   SI->addCase(Cst, NewBB);
3103
3104   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
3105   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
3106   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
3107   Builder.CreateBr(SuccBlock);
3108   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
3109   return true;
3110 }
3111
3112 /// The specified branch is a conditional branch.
3113 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
3114 /// fold it into a switch instruction if so.
3115 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder,
3116                                       const DataLayout &DL) {
3117   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
3118   if (!Cond) return false;
3119
3120   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
3121   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
3122   // 'setne's and'ed together, collect them.
3123
3124   // Try to gather values from a chain of and/or to be turned into a switch
3125   ConstantComparesGatherer ConstantCompare(Cond, DL);
3126   // Unpack the result
3127   SmallVectorImpl<ConstantInt*> &Values = ConstantCompare.Vals;
3128   Value *CompVal = ConstantCompare.CompValue;
3129   unsigned UsedICmps = ConstantCompare.UsedICmps;
3130   Value *ExtraCase = ConstantCompare.Extra;
3131
3132   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
3133   if (!CompVal) return false;
3134
3135   // Avoid turning single icmps into a switch.
3136   if (UsedICmps <= 1)
3137     return false;
3138
3139   bool TrueWhenEqual = (Cond->getOpcode() == Instruction::Or);
3140
3141   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
3142   // instruction can't handle, remove them now.
3143   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
3144   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
3145
3146   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
3147   // transformation.  A switch with one value is just a conditional branch.
3148   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
3149
3150   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
3151   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
3152
3153   // Figure out which block is which destination.
3154   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
3155   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
3156   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
3157
3158   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3159
3160   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
3161                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
3162
3163   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
3164   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
3165   // right before the condbr to handle it.
3166   if (ExtraCase) {
3167     BasicBlock *NewBB =
3168         BB->splitBasicBlock(BI->getIterator(), "switch.early.test");
3169     // Remove the uncond branch added to the old block.
3170     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
3171     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
3172
3173     if (TrueWhenEqual)
3174       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
3175     else
3176       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
3177
3178     OldTI->eraseFromParent();
3179
3180     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
3181     // for the edge we just added.
3182     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
3183
3184     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
3185           << "\nEXTRABB = " << *BB);
3186     BB = NewBB;
3187   }
3188
3189   Builder.SetInsertPoint(BI);
3190   // Convert pointer to int before we switch.
3191   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
3192     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(
3193         CompVal, DL.getIntPtrType(CompVal->getType()), "magicptr");
3194   }
3195
3196   // Create the new switch instruction now.
3197   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
3198
3199   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
3200   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
3201     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
3202
3203   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
3204   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
3205   // the number of edges added.
3206   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
3207        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3208     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
3209     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
3210     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
3211       PN->addIncoming(InVal, BB);
3212   }
3213
3214   // Erase the old branch instruction.
3215   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3216
3217   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
3218   return true;
3219 }
3220
3221 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
3222   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
3223   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
3224   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3225   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
3226   if (RI->getValue() != LPInst)
3227     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
3228     // caused control to branch here.
3229     return false;
3230
3231   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
3232   BasicBlock::iterator I = LPInst->getIterator(), E = RI->getIterator();
3233   while (++I != E)
3234     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3235       return false;
3236
3237   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
3238   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
3239     BasicBlock *Pred = *PI++;
3240     removeUnwindEdge(Pred);
3241   }
3242
3243   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
3244   BB->eraseFromParent();
3245   return true;
3246 }
3247
3248 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCleanupReturn(CleanupReturnInst *RI) {
3249   // If this is a trivial cleanup pad that executes no instructions, it can be
3250   // eliminated.  If the cleanup pad continues to the caller, any predecessor
3251   // that is an EH pad will be updated to continue to the caller and any
3252   // predecessor that terminates with an invoke instruction will have its invoke
3253   // instruction converted to a call instruction.  If the cleanup pad being
3254   // simplified does not continue to the caller, each predecessor will be
3255   // updated to continue to the unwind destination of the cleanup pad being
3256   // simplified.
3257   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3258   Instruction *CPInst = dyn_cast<CleanupPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
3259   if (!CPInst)
3260     // This isn't an empty cleanup.
3261     return false;
3262
3263   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
3264   BasicBlock::iterator I = CPInst->getIterator(), E = RI->getIterator();
3265   while (++I != E)
3266     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3267       return false;
3268
3269   // If the cleanup return we are simplifying unwinds to the caller, this
3270   // will set UnwindDest to nullptr.
3271   BasicBlock *UnwindDest = RI->getUnwindDest();
3272
3273   // We're about to remove BB from the control flow.  Before we do, sink any
3274   // PHINodes into the unwind destination.  Doing this before changing the
3275   // control flow avoids some potentially slow checks, since we can currently
3276   // be certain that UnwindDest and BB have no common predecessors (since they
3277   // are both EH pads).
3278   if (UnwindDest) {
3279     // First, go through the PHI nodes in UnwindDest and update any nodes that
3280     // reference the block we are removing
3281     for (BasicBlock::iterator I = UnwindDest->begin(),
3282                               IE = UnwindDest->getFirstNonPHI()->getIterator();
3283          I != IE; ++I) {
3284       PHINode *DestPN = cast<PHINode>(I);
3285
3286       int Idx = DestPN->getBasicBlockIndex(BB);
3287       // Since BB unwinds to UnwindDest, it has to be in the PHI node.
3288       assert(Idx != -1);
3289       // This PHI node has an incoming value that corresponds to a control
3290       // path through the cleanup pad we are removing.  If the incoming
3291       // value is in the cleanup pad, it must be a PHINode (because we
3292       // verified above that the block is otherwise empty).  Otherwise, the
3293       // value is either a constant or a value that dominates the cleanup
3294       // pad being removed.
3295       //
3296       // Because BB and UnwindDest are both EH pads, all of their
3297       // predecessors must unwind to these blocks, and since no instruction
3298       // can have multiple unwind destinations, there will be no overlap in
3299       // incoming blocks between SrcPN and DestPN.
3300       Value *SrcVal = DestPN->getIncomingValue(Idx);
3301       PHINode *SrcPN = dyn_cast<PHINode>(SrcVal);
3302
3303       // Remove the entry for the block we are deleting.
3304       DestPN->removeIncomingValue(Idx, false);
3305
3306       if (SrcPN && SrcPN->getParent() == BB) {
3307         // If the incoming value was a PHI node in the cleanup pad we are
3308         // removing, we need to merge that PHI node's incoming values into
3309         // DestPN.
3310         for (unsigned SrcIdx = 0, SrcE = SrcPN->getNumIncomingValues();
3311               SrcIdx != SrcE; ++SrcIdx) {
3312           DestPN->addIncoming(SrcPN->getIncomingValue(SrcIdx),
3313                               SrcPN->getIncomingBlock(SrcIdx));
3314         }
3315       } else {
3316         // Otherwise, the incoming value came from above BB and
3317         // so we can just reuse it.  We must associate all of BB's
3318         // predecessors with this value.
3319         for (auto *pred : predecessors(BB)) {
3320           DestPN->addIncoming(SrcVal, pred);
3321         }
3322       }
3323     }
3324
3325     // Sink any remaining PHI nodes directly into UnwindDest.
3326     Instruction *InsertPt = UnwindDest->getFirstNonPHI();
3327     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(),
3328                               IE = BB->getFirstNonPHI()->getIterator();
3329          I != IE;) {
3330       // The iterator must be incremented here because the instructions are
3331       // being moved to another block.
3332       PHINode *PN = cast<PHINode>(I++);
3333       if (PN->use_empty())
3334         // If the PHI node has no uses, just leave it.  It will be erased
3335         // when we erase BB below.
3336         continue;
3337
3338       // Otherwise, sink this PHI node into UnwindDest.
3339       // Any predecessors to UnwindDest which are not already represented
3340       // must be back edges which inherit the value from the path through
3341       // BB.  In this case, the PHI value must reference itself.
3342       for (auto *pred : predecessors(UnwindDest))
3343         if (pred != BB)
3344           PN->addIncoming(PN, pred);
3345       PN->moveBefore(InsertPt);
3346     }
3347   }
3348
3349   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
3350     // The iterator must be updated here because we are removing this pred.
3351     BasicBlock *PredBB = *PI++;
3352     if (UnwindDest == nullptr) {
3353       removeUnwindEdge(PredBB);
3354     } else {
3355       TerminatorInst *TI = PredBB->getTerminator();
3356       TI->replaceUsesOfWith(BB, UnwindDest);
3357     }
3358   }
3359
3360   // The cleanup pad is now unreachable.  Zap it.
3361   BB->eraseFromParent();
3362   return true;
3363 }
3364
3365 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
3366   BasicBlock *BB = RI->getParent();
3367   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
3368
3369   // Find predecessors that end with branches.
3370   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
3371   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
3372   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
3373     BasicBlock *P = *PI;
3374     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
3375     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
3376       if (BI->isUnconditional())
3377         UncondBranchPreds.push_back(P);
3378       else
3379         CondBranchPreds.push_back(BI);
3380     }
3381   }
3382
3383   // If we found some, do the transformation!
3384   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
3385     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
3386       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
3387       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
3388             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
3389       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
3390     }
3391
3392     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
3393     if (pred_empty(BB))
3394       // We know there are no successors, so just nuke the block.
3395       BB->eraseFromParent();
3396
3397     return true;
3398   }
3399
3400   // Check out all of the conditional branches going to this return
3401   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
3402   // branch itself into a select/return pair.
3403   while (!CondBranchPreds.empty()) {
3404     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
3405
3406     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
3407     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
3408         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
3409         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
3410       return true;
3411   }
3412   return false;
3413 }
3414
3415 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
3416   BasicBlock *BB = UI->getParent();
3417
3418   bool Changed = false;
3419
3420   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
3421   // be removed, do so.
3422   while (UI->getIterator() != BB->begin()) {
3423     BasicBlock::iterator BBI = UI->getIterator();
3424     --BBI;
3425     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
3426     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
3427     // operations may have this effect.
3428     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
3429
3430     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3431       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3432         if (SI->isVolatile())
3433           break;
3434       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3435         if (LI->isVolatile())
3436           break;
3437       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3438         if (RMWI->isVolatile())
3439           break;
3440       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3441         if (CXI->isVolatile())
3442           break;
3443       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3444                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3445         break;
3446       }
3447       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3448       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3449       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3450       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3451     }
3452
3453     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3454     if (!BBI->use_empty())
3455       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3456     BBI->eraseFromParent();
3457     Changed = true;
3458   }
3459
3460   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3461   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3462   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3463
3464   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3465   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3466     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3467     IRBuilder<> Builder(TI);
3468     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3469       if (BI->isUnconditional()) {
3470         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3471           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3472           TI->eraseFromParent();
3473           Changed = true;
3474         }
3475       } else {
3476         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3477           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3478           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3479         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3480           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3481           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3482           Changed = true;
3483         }
3484       }
3485     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3486       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3487            i != e; ++i)
3488         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3489           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3490           SI->removeCase(i);
3491           --i; --e;
3492           Changed = true;
3493         }
3494     } else if ((isa<InvokeInst>(TI) &&
3495                 cast<InvokeInst>(TI)->getUnwindDest() == BB) ||
3496                isa<CatchEndPadInst>(TI) || isa<TerminatePadInst>(TI)) {
3497       removeUnwindEdge(TI->getParent());
3498       Changed = true;
3499     } else if (isa<CleanupReturnInst>(TI) || isa<CleanupEndPadInst>(TI)) {
3500       new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3501       TI->eraseFromParent();
3502       Changed = true;
3503     }
3504     // TODO: If TI is a CatchPadInst, then (BB must be its normal dest and)
3505     // we can eliminate it, redirecting its preds to its unwind successor,
3506     // or to the next outer handler if the removed catch is the last for its
3507     // catchendpad.
3508   }
3509
3510   // If this block is now dead, remove it.
3511   if (pred_empty(BB) &&
3512       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3513     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3514     BB->eraseFromParent();
3515     return true;
3516   }
3517
3518   return Changed;
3519 }
3520
3521 static bool CasesAreContiguous(SmallVectorImpl<ConstantInt *> &Cases) {
3522   assert(Cases.size() >= 1);
3523
3524   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3525   for (size_t I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3526     if (Cases[I - 1]->getValue() != Cases[I]->getValue() + 1)
3527       return false;
3528   }
3529   return true;
3530 }
3531
3532 /// Turn a switch with two reachable destinations into an integer range
3533 /// comparison and branch.
3534 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3535   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3536
3537   bool HasDefault =
3538       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
3539
3540   // Partition the cases into two sets with different destinations.
3541   BasicBlock *DestA = HasDefault ? SI->getDefaultDest() : nullptr;
3542   BasicBlock *DestB = nullptr;
3543   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesA;
3544   SmallVector <ConstantInt *, 16> CasesB;
3545
3546   for (SwitchInst::CaseIt I : SI->cases()) {
3547     BasicBlock *Dest = I.getCaseSuccessor();
3548     if (!DestA) DestA = Dest;
3549     if (Dest == DestA) {
3550       CasesA.push_back(I.getCaseValue());
3551       continue;
3552     }
3553     if (!DestB) DestB = Dest;
3554     if (Dest == DestB) {
3555       CasesB.push_back(I.getCaseValue());
3556       continue;
3557     }
3558     return false;  // More than two destinations.
3559   }
3560
3561   assert(DestA && DestB && "Single-destination switch should have been folded.");
3562   assert(DestA != DestB);
3563   assert(DestB != SI->getDefaultDest());
3564   assert(!CasesB.empty() && "There must be non-default cases.");
3565   assert(!CasesA.empty() || HasDefault);
3566
3567   // Figure out if one of the sets of cases form a contiguous range.
3568   SmallVectorImpl<ConstantInt *> *ContiguousCases = nullptr;
3569   BasicBlock *ContiguousDest = nullptr;
3570   BasicBlock *OtherDest = nullptr;
3571   if (!CasesA.empty() && CasesAreContiguous(CasesA)) {
3572     ContiguousCases = &CasesA;
3573     ContiguousDest = DestA;
3574     OtherDest = DestB;
3575   } else if (CasesAreContiguous(CasesB)) {
3576     ContiguousCases = &CasesB;
3577     ContiguousDest = DestB;
3578     OtherDest = DestA;
3579   } else
3580     return false;
3581
3582   // Start building the compare and branch.
3583
3584   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(ContiguousCases->back());
3585   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), ContiguousCases->size());
3586
3587   Value *Sub = SI->getCondition();
3588   if (!Offset->isNullValue())
3589     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName() + ".off");
3590
3591   Value *Cmp;
3592   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3593   if (NumCases->isNullValue() && !ContiguousCases->empty())
3594     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3595   else
3596     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3597   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cmp, ContiguousDest, OtherDest);
3598
3599   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3600   if (HasBranchWeights(SI)) {
3601     SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3602     GetBranchWeights(SI, Weights);
3603     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3604       uint64_t TrueWeight = 0;
3605       uint64_t FalseWeight = 0;
3606       for (size_t I = 0, E = Weights.size(); I != E; ++I) {
3607         if (SI->getSuccessor(I) == ContiguousDest)
3608           TrueWeight += Weights[I];
3609         else
3610           FalseWeight += Weights[I];
3611       }
3612       while (TrueWeight > UINT32_MAX || FalseWeight > UINT32_MAX) {
3613         TrueWeight /= 2;
3614         FalseWeight /= 2;
3615       }
3616       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3617                          MDBuilder(SI->getContext()).createBranchWeights(
3618                              (uint32_t)TrueWeight, (uint32_t)FalseWeight));
3619     }
3620   }
3621
3622   // Prune obsolete incoming values off the successors' PHI nodes.
3623   for (auto BBI = ContiguousDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3624     unsigned PreviousEdges = ContiguousCases->size();
3625     if (ContiguousDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3626     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3627       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3628   }
3629   for (auto BBI = OtherDest->begin(); isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3630     unsigned PreviousEdges = SI->getNumCases() - ContiguousCases->size();
3631     if (OtherDest == SI->getDefaultDest()) ++PreviousEdges;
3632     for (unsigned I = 0, E = PreviousEdges - 1; I != E; ++I)
3633       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3634   }
3635
3636   // Drop the switch.
3637   SI->eraseFromParent();
3638
3639   return true;
3640 }
3641
3642 /// Compute masked bits for the condition of a switch
3643 /// and use it to remove dead cases.
3644 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, AssumptionCache *AC,
3645                                      const DataLayout &DL) {
3646   Value *Cond = SI->getCondition();
3647   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3648   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3649   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AC, SI);
3650
3651   // Gather dead cases.
3652   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3653   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3654     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3655         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3656       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3657       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3658                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3659     }
3660   }
3661
3662   // If we can prove that the cases must cover all possible values, the 
3663   // default destination becomes dead and we can remove it.  If we know some 
3664   // of the bits in the value, we can use that to more precisely compute the
3665   // number of possible unique case values.
3666   bool HasDefault =
3667     !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
3668   const unsigned NumUnknownBits = Bits - 
3669     (KnownZero.Or(KnownOne)).countPopulation();
3670   assert(NumUnknownBits <= Bits);
3671   if (HasDefault && DeadCases.empty() &&
3672       NumUnknownBits < 64 /* avoid overflow */ &&  
3673       SI->getNumCases() == (1ULL << NumUnknownBits)) {
3674     DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch default is dead.\n");
3675     BasicBlock *NewDefault = SplitBlockPredecessors(SI->getDefaultDest(),
3676                                                     SI->getParent(), "");
3677     SI->setDefaultDest(&*NewDefault);
3678     SplitBlock(&*NewDefault, &NewDefault->front());
3679     auto *OldTI = NewDefault->getTerminator();
3680     new UnreachableInst(SI->getContext(), OldTI);
3681     EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTI);
3682     return true;
3683   }
3684
3685   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3686   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3687   if (HasWeight) {
3688     GetBranchWeights(SI, Weights);
3689     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3690   }
3691
3692   // Remove dead cases from the switch.
3693   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3694     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3695     assert(Case != SI->case_default() &&
3696            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3697     if (HasWeight) {
3698       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3699       Weights.pop_back();
3700     }
3701
3702     // Prune unused values from PHI nodes.
3703     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3704     SI->removeCase(Case);
3705   }
3706   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3707     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3708     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3709                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3710                     createBranchWeights(MDWeights));
3711   }
3712
3713   return !DeadCases.empty();
3714 }
3715
3716 /// If BB would be eligible for simplification by
3717 /// TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3718 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3719 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3720 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3721 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3722                                               BasicBlock *BB,
3723                                               int *PhiIndex) {
3724   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3725     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3726   if (!BB->getSinglePredecessor())
3727     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
3728
3729   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3730   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3731     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
3732
3733   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3734
3735   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3736   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3737     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3738     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3739
3740     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3741     if (InValue != CaseValue) continue;
3742
3743     *PhiIndex = Idx;
3744     return PHI;
3745   }
3746
3747   return nullptr;
3748 }
3749
3750 /// Try to forward the condition of a switch instruction to a phi node
3751 /// dominated by the switch, if that would mean that some of the destination
3752 /// blocks of the switch can be folded away.
3753 /// Returns true if a change is made.
3754 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3755   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3756   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3757
3758   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3759     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3760     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3761
3762     int PhiIndex;
3763     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3764                                                  &PhiIndex);
3765     if (!PHI) continue;
3766
3767     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3768   }
3769
3770   bool Changed = false;
3771
3772   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3773        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3774     PHINode *Phi = I->first;
3775     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3776
3777     if (Indexes.size() < 2) continue;
3778
3779     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3780       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3781     Changed = true;
3782   }
3783
3784   return Changed;
3785 }
3786
3787 /// Return true if the backend will be able to handle
3788 /// initializing an array of constants like C.
3789 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3790   if (C->isThreadDependent())
3791     return false;
3792   if (C->isDLLImportDependent())
3793     return false;
3794
3795   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3796     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3797
3798   return isa<ConstantFP>(C) ||
3799       isa<ConstantInt>(C) ||
3800       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3801       isa<GlobalValue>(C) ||
3802       isa<UndefValue>(C);
3803 }
3804
3805 /// If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3806 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3807 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3808                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3809   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3810     return C;
3811   return ConstantPool.lookup(V);
3812 }
3813
3814 /// Try to fold instruction I into a constant. This works for
3815 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3816 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3817 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3818 static Constant *
3819 ConstantFold(Instruction *I, const DataLayout &DL,
3820              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool) {
3821   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3822     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3823     if (!A)
3824       return nullptr;
3825     if (A->isAllOnesValue())
3826       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3827     if (A->isNullValue())
3828       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3829     return nullptr;
3830   }
3831
3832   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3833   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3834     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3835       COps.push_back(A);
3836     else
3837       return nullptr;
3838   }
3839
3840   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3841     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3842                                            COps[1], DL);
3843   }
3844
3845   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3846 }
3847
3848 /// Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3849 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3850 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3851 /// case), of a switch instruction SI.
3852 static bool
3853 GetCaseResults(SwitchInst *SI, ConstantInt *CaseVal, BasicBlock *CaseDest,
3854                BasicBlock **CommonDest,
3855                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *>> &Res,
3856                const DataLayout &DL) {
3857   // The block from which we enter the common destination.
3858   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3859
3860   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3861   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3862   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3863   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3864   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3865        ++I) {
3866     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3867       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3868       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3869         return false;
3870       Pred = CaseDest;
3871       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3872     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3873       // Skip debug intrinsic.
3874       continue;
3875     } else if (Constant *C = ConstantFold(&*I, DL, ConstantPool)) {
3876       // Instruction is side-effect free and constant.
3877
3878       // If the instruction has uses outside this block or a phi node slot for
3879       // the block, it is not safe to bypass the instruction since it would then
3880       // no longer dominate all its uses.
3881       for (auto &Use : I->uses()) {
3882         User *User = Use.getUser();
3883         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(User))
3884           if (I->getParent() == CaseDest)
3885             continue;
3886         if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(User))
3887           if (Phi->getIncomingBlock(Use) == CaseDest)
3888             continue;
3889         return false;
3890       }
3891
3892       ConstantPool.insert(std::make_pair(&*I, C));
3893     } else {
3894       break;
3895     }
3896   }
3897
3898   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3899   if (!*CommonDest)
3900     *CommonDest = CaseDest;
3901   // If the destination isn't the common one, abort.
3902   if (CaseDest != *CommonDest)
3903     return false;
3904
3905   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3906   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3907   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3908     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3909     if (Idx == -1)
3910       continue;
3911
3912     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3913                                         ConstantPool);
3914     if (!ConstVal)
3915       return false;
3916
3917     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3918     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3919       return false;
3920
3921     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3922   }
3923
3924   return Res.size() > 0;
3925 }
3926
3927 // Helper function used to add CaseVal to the list of cases that generate
3928 // Result.
3929 static void MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
3930     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3931     Constant *Result) {
3932   for (auto &I : UniqueResults) {
3933     if (I.first == Result) {
3934       I.second.push_back(CaseVal);
3935       return;
3936     }
3937   }
3938   UniqueResults.push_back(std::make_pair(Result,
3939         SmallVector<ConstantInt*, 4>(1, CaseVal)));
3940 }
3941
3942 // Helper function that initializes a map containing
3943 // results for the PHI node of the common destination block for a switch
3944 // instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
3945 // there is not a common destination block for the switch.
3946 static bool InitializeUniqueCases(SwitchInst *SI, PHINode *&PHI,
3947                                   BasicBlock *&CommonDest,
3948                                   SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3949                                   Constant *&DefaultResult,
3950                                   const DataLayout &DL) {
3951   for (auto &I : SI->cases()) {
3952     ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
3953
3954     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3955     SwitchCaseResultsTy Results;
3956     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
3957                         DL))
3958       return false;
3959
3960     // Only one value per case is permitted
3961     if (Results.size() > 1)
3962       return false;
3963     MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
3964
3965     // Check the PHI consistency.
3966     if (!PHI)
3967       PHI = Results[0].first;
3968     else if (PHI != Results[0].first)
3969       return false;
3970   }
3971   // Find the default result value.
3972   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
3973   BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
3974   GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
3975                  DL);
3976   // If the default value is not found abort unless the default destination
3977   // is unreachable.
3978   DefaultResult =
3979       DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
3980   if ((!DefaultResult &&
3981         !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
3982     return false;
3983
3984   return true;
3985 }
3986
3987 // Helper function that checks if it is possible to transform a switch with only
3988 // two cases (or two cases + default) that produces a result into a select.
3989 // Example:
3990 // switch (a) {
3991 //   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
3992 //     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
3993 //   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
3994 //     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
3995 //   default:
3996 //     return 4;
3997 // }
3998 static Value *
3999 ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
4000                      Constant *DefaultResult, Value *Condition,
4001                      IRBuilder<> &Builder) {
4002   assert(ResultVector.size() == 2 &&
4003       "We should have exactly two unique results at this point");
4004   // If we are selecting between only two cases transform into a simple
4005   // select or a two-way select if default is possible.
4006   if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
4007       ResultVector[1].second.size() == 1) {
4008     ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
4009     ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
4010
4011     bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
4012     Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
4013     if (DefaultCanTrigger) {
4014       Value *const ValueCompare =
4015           Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
4016       SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
4017                                          DefaultResult, "switch.select");
4018     }
4019     Value *const ValueCompare =
4020         Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
4021     return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first, SelectValue,
4022                                 "switch.select");
4023   }
4024
4025   return nullptr;
4026 }
4027
4028 // Helper function to cleanup a switch instruction that has been converted into
4029 // a select, fixing up PHI nodes and basic blocks.
4030 static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
4031                                               Value *SelectValue,
4032                                               IRBuilder<> &Builder) {
4033   BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
4034   while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
4035     PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
4036   PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
4037
4038   Builder.CreateBr(PHI->getParent());
4039
4040   // Remove the switch.
4041   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4042     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4043
4044     if (Succ == PHI->getParent())
4045       continue;
4046     Succ->removePredecessor(SelectBB);
4047   }
4048   SI->eraseFromParent();
4049 }
4050
4051 /// If the switch is only used to initialize one or more
4052 /// phi nodes in a common successor block with only two different
4053 /// constant values, replace the switch with select.
4054 static bool SwitchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
4055                            AssumptionCache *AC, const DataLayout &DL) {
4056   Value *const Cond = SI->getCondition();
4057   PHINode *PHI = nullptr;
4058   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4059   Constant *DefaultResult;
4060   SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
4061   // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
4062   if (!InitializeUniqueCases(SI, PHI, CommonDest, UniqueResults, DefaultResult,
4063                              DL))
4064     return false;
4065   // Selects choose between maximum two values.
4066   if (UniqueResults.size() != 2)
4067     return false;
4068   assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
4069
4070   Builder.SetInsertPoint(SI);
4071   Value *SelectValue = ConvertTwoCaseSwitch(
4072       UniqueResults,
4073       DefaultResult, Cond, Builder);
4074   if (SelectValue) {
4075     RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
4076     return true;
4077   }
4078   // The switch couldn't be converted into a select.
4079   return false;
4080 }
4081
4082 namespace {
4083   /// This class represents a lookup table that can be used to replace a switch.
4084   class SwitchLookupTable {
4085   public:
4086     /// Create a lookup table to use as a switch replacement with the contents
4087     /// of Values, using DefaultValue to fill any holes in the table.
4088     SwitchLookupTable(
4089         Module &M, uint64_t TableSize, ConstantInt *Offset,
4090         const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values,
4091         Constant *DefaultValue, const DataLayout &DL);
4092
4093     /// Build instructions with Builder to retrieve the value at
4094     /// the position given by Index in the lookup table.
4095     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
4096
4097     /// Return true if a table with TableSize elements of
4098     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
4099     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout &DL, uint64_t TableSize,
4100                                    Type *ElementType);
4101
4102   private:
4103     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
4104     // different ways.
4105     enum {
4106       // For tables where each element contains the same value, we just have to
4107       // store that single value and return it for each lookup.
4108       SingleValueKind,
4109
4110       // For tables where there is a linear relationship between table index
4111       // and values. We calculate the result with a simple multiplication
4112       // and addition instead of a table lookup.
4113       LinearMapKind,
4114
4115       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
4116       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
4117       // shift and mask operations.
4118       BitMapKind,
4119
4120       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
4121       // instructions from the table.
4122       ArrayKind
4123     } Kind;
4124
4125     // For SingleValueKind, this is the single value.
4126     Constant *SingleValue;
4127
4128     // For BitMapKind, this is the bitmap.
4129     ConstantInt *BitMap;
4130     IntegerType *BitMapElementTy;
4131
4132     // For LinearMapKind, these are the constants used to derive the value.
4133     ConstantInt *LinearOffset;
4134     ConstantInt *LinearMultiplier;
4135
4136     // For ArrayKind, this is the array.
4137     GlobalVariable *Array;
4138   };
4139 }
4140
4141 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(
4142     Module &M, uint64_t TableSize, ConstantInt *Offset,
4143     const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt *, Constant *>> &Values,
4144     Constant *DefaultValue, const DataLayout &DL)
4145     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
4146       LinearOffset(nullptr), LinearMultiplier(nullptr), Array(nullptr) {
4147   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
4148   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
4149
4150   // If all values in the table are equal, this is that value.
4151   SingleValue = Values.begin()->second;
4152
4153   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
4154
4155   // Build up the table contents.
4156   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
4157   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
4158     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
4159     Constant *CaseRes = Values[I].second;
4160     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
4161
4162     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
4163                    .getLimitedValue();
4164     TableContents[Idx] = CaseRes;
4165
4166     if (CaseRes != SingleValue)
4167       SingleValue = nullptr;
4168   }
4169
4170   // Fill in any holes in the table with the default result.
4171   if (Values.size() < TableSize) {
4172     assert(DefaultValue &&
4173            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
4174     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
4175     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
4176       if (!TableContents[I])
4177         TableContents[I] = DefaultValue;
4178     }
4179
4180     if (DefaultValue != SingleValue)
4181       SingleValue = nullptr;
4182   }
4183
4184   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
4185   // that single value.
4186   if (SingleValue) {
4187     Kind = SingleValueKind;
4188     return;
4189   }
4190
4191   // Check if we can derive the value with a linear transformation from the
4192   // table index.
4193   if (isa<IntegerType>(ValueType)) {
4194     bool LinearMappingPossible = true;
4195     APInt PrevVal;
4196     APInt DistToPrev;
4197     assert(TableSize >= 2 && "Should be a SingleValue table.");
4198     // Check if there is the same distance between two consecutive values.
4199     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
4200       ConstantInt *ConstVal = dyn_cast<ConstantInt>(TableContents[I]);
4201       if (!ConstVal) {
4202         // This is an undef. We could deal with it, but undefs in lookup tables
4203         // are very seldom. It's probably not worth the additional complexity.
4204         LinearMappingPossible = false;
4205         break;
4206       }
4207       APInt Val = ConstVal->getValue();
4208       if (I != 0) {
4209         APInt Dist = Val - PrevVal;
4210         if (I == 1) {
4211           DistToPrev = Dist;
4212         } else if (Dist != DistToPrev) {
4213           LinearMappingPossible = false;
4214           break;
4215         }
4216       }
4217       PrevVal = Val;
4218     }
4219     if (LinearMappingPossible) {
4220       LinearOffset = cast<ConstantInt>(TableContents[0]);
4221       LinearMultiplier = ConstantInt::get(M.getContext(), DistToPrev);
4222       Kind = LinearMapKind;
4223       ++NumLinearMaps;
4224       return;
4225     }
4226   }
4227
4228   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
4229   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
4230     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
4231     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
4232     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
4233       TableInt <<= IT->getBitWidth();
4234       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
4235       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
4236         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
4237         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
4238       }
4239     }
4240     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
4241     BitMapElementTy = IT;
4242     Kind = BitMapKind;
4243     ++NumBitMaps;
4244     return;
4245   }
4246
4247   // Store the table in an array.
4248   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
4249   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
4250
4251   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
4252                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
4253                              Initializer,
4254                              "switch.table");
4255   Array->setUnnamedAddr(true);
4256   Kind = ArrayKind;
4257 }
4258
4259 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
4260   switch (Kind) {
4261     case SingleValueKind:
4262       return SingleValue;
4263     case LinearMapKind: {
4264       // Derive the result value from the input value.
4265       Value *Result = Builder.CreateIntCast(Index, LinearMultiplier->getType(),
4266                                             false, "switch.idx.cast");
4267       if (!LinearMultiplier->isOne())
4268         Result = Builder.CreateMul(Result, LinearMultiplier, "switch.idx.mult");
4269       if (!LinearOffset->isZero())
4270         Result = Builder.CreateAdd(Result, LinearOffset, "switch.offset");
4271       return Result;
4272     }
4273     case BitMapKind: {
4274       // Type of the bitmap (e.g. i59).
4275       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
4276
4277       // Cast Index to the same type as the bitmap.
4278       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
4279       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
4280       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
4281
4282       // Multiply the shift amount by the element width.
4283       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
4284                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
4285                                    "switch.shiftamt");
4286
4287       // Shift down.
4288       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
4289                                               "switch.downshift");
4290       // Mask off.
4291       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
4292                                  "switch.masked");
4293     }
4294     case ArrayKind: {
4295       // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
4296       IntegerType *IT = cast<IntegerType>(Index->getType());
4297       uint64_t TableSize = Array->getInitializer()->getType()
4298                                 ->getArrayNumElements();
4299       if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
4300         Index = Builder.CreateZExt(Index,
4301                                    IntegerType::get(IT->getContext(),
4302                                                     IT->getBitWidth() + 1),
4303                                    "switch.tableidx.zext");
4304
4305       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
4306       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array->getValueType(), Array,
4307                                              GEPIndices, "switch.gep");
4308       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
4309     }
4310   }
4311   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
4312 }
4313
4314 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout &DL,
4315                                            uint64_t TableSize,
4316                                            Type *ElementType) {
4317   auto *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
4318   if (!IT)
4319     return false;
4320   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
4321   // are <= 15, we could try to narrow the type.
4322
4323   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
4324   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
4325     return false;
4326   return DL.fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
4327 }
4328
4329 /// Determine whether a lookup table should be built for this switch, based on
4330 /// the number of cases, size of the table, and the types of the results.
4331 static bool
4332 ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI, uint64_t TableSize,
4333                        const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout &DL,
4334                        const SmallDenseMap<PHINode *, Type *> &ResultTypes) {
4335   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
4336     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
4337
4338   bool AllTablesFitInRegister = true;
4339   bool HasIllegalType = false;
4340   for (const auto &I : ResultTypes) {
4341     Type *Ty = I.second;
4342
4343     // Saturate this flag to true.
4344     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
4345
4346     // Saturate this flag to false.
4347     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
4348       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
4349
4350     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
4351     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
4352     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
4353     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
4354       break;
4355   }
4356
4357   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
4358   if (AllTablesFitInRegister)
4359     return true;
4360
4361   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
4362   if (HasIllegalType)
4363     return false;
4364
4365   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
4366   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
4367   // FIXME: Find the best cut-off.
4368   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
4369 }
4370
4371 /// Try to reuse the switch table index compare. Following pattern:
4372 /// \code
4373 ///     if (idx < tablesize)
4374 ///        r = table[idx]; // table does not contain default_value
4375 ///     else
4376 ///        r = default_value;
4377 ///     if (r != default_value)
4378 ///        ...
4379 /// \endcode
4380 /// Is optimized to:
4381 /// \code
4382 ///     cond = idx < tablesize;
4383 ///     if (cond)
4384 ///        r = table[idx];
4385 ///     else
4386 ///        r = default_value;
4387 ///     if (cond)
4388 ///        ...
4389 /// \endcode
4390 /// Jump threading will then eliminate the second if(cond).
4391 static void reuseTableCompare(User *PhiUser, BasicBlock *PhiBlock,
4392           BranchInst *RangeCheckBranch, Constant *DefaultValue,
4393           const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values) {
4394
4395   ICmpInst *CmpInst = dyn_cast<ICmpInst>(PhiUser);
4396   if (!CmpInst)
4397     return;
4398
4399   // We require that the compare is in the same block as the phi so that jump
4400   // threading can do its work afterwards.
4401   if (CmpInst->getParent() != PhiBlock)
4402     return;
4403
4404   Constant *CmpOp1 = dyn_cast<Constant>(CmpInst->getOperand(1));
4405   if (!CmpOp1)
4406     return;
4407
4408   Value *RangeCmp = RangeCheckBranch->getCondition();
4409   Constant *TrueConst = ConstantInt::getTrue(RangeCmp->getType());
4410   Constant *FalseConst = ConstantInt::getFalse(RangeCmp->getType());
4411
4412   // Check if the compare with the default value is constant true or false.
4413   Constant *DefaultConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
4414                                                  DefaultValue, CmpOp1, true);
4415   if (DefaultConst != TrueConst && DefaultConst != FalseConst)
4416     return;
4417
4418   // Check if the compare with the case values is distinct from the default
4419   // compare result.
4420   for (auto ValuePair : Values) {
4421     Constant *CaseConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
4422                               ValuePair.second, CmpOp1, true);
4423     if (!CaseConst || CaseConst == DefaultConst)
4424       return;
4425     assert((CaseConst == TrueConst || CaseConst == FalseConst) &&
4426            "Expect true or false as compare result.");
4427   }
4428   
4429   // Check if the branch instruction dominates the phi node. It's a simple
4430   // dominance check, but sufficient for our needs.
4431   // Although this check is invariant in the calling loops, it's better to do it
4432   // at this late stage. Practically we do it at most once for a switch.
4433   BasicBlock *BranchBlock = RangeCheckBranch->getParent();
4434   for (auto PI = pred_begin(PhiBlock), E = pred_end(PhiBlock); PI != E; ++PI) {
4435     BasicBlock *Pred = *PI;
4436     if (Pred != BranchBlock && Pred->getUniquePredecessor() != BranchBlock)
4437       return;
4438   }
4439
4440   if (DefaultConst == FalseConst) {
4441     // The compare yields the same result. We can replace it.
4442     CmpInst->replaceAllUsesWith(RangeCmp);
4443     ++NumTableCmpReuses;
4444   } else {
4445     // The compare yields the same result, just inverted. We can replace it.
4446     Value *InvertedTableCmp = BinaryOperator::CreateXor(RangeCmp,
4447                 ConstantInt::get(RangeCmp->getType(), 1), "inverted.cmp",
4448                 RangeCheckBranch);
4449     CmpInst->replaceAllUsesWith(InvertedTableCmp);
4450     ++NumTableCmpReuses;
4451   }
4452 }
4453
4454 /// If the switch is only used to initialize one or more phi nodes in a common
4455 /// successor block with different constant values, replace the switch with
4456 /// lookup tables.
4457 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
4458                                 const DataLayout &DL,
4459                                 const TargetTransformInfo &TTI) {
4460   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
4461
4462   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
4463   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
4464     return false;
4465
4466   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
4467   // split off a dense part and build a lookup table for that.
4468
4469   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
4470   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
4471   // string and lookup indices into that.
4472
4473   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
4474   // faster, so we don't analyze them.
4475   if (SI->getNumCases() < 3)
4476     return false;
4477
4478   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
4479   // common destination, as well as the min and max case values.
4480   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
4481   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
4482   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
4483   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
4484
4485   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4486   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
4487   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
4488   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
4489   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
4490   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
4491
4492   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
4493     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
4494     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
4495       MinCaseVal = CaseVal;
4496     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
4497       MaxCaseVal = CaseVal;
4498
4499     // Resulting value at phi nodes for this case value.
4500     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
4501     ResultsTy Results;
4502     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
4503                         Results, DL))
4504       return false;
4505
4506     // Append the result from this case to the list for each phi.
4507     for (const auto &I : Results) {
4508       PHINode *PHI = I.first;
4509       Constant *Value = I.second;
4510       if (!ResultLists.count(PHI))
4511         PHIs.push_back(PHI);
4512       ResultLists[PHI].push_back(std::make_pair(CaseVal, Value));
4513     }
4514   }
4515
4516   // Keep track of the result types.
4517   for (PHINode *PHI : PHIs) {
4518     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
4519   }
4520
4521   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
4522   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
4523   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
4524   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
4525
4526   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
4527   // or a bitmask that fits in a register.
4528   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
4529   bool HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
4530                                           &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
4531
4532   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
4533   if (NeedMask) {
4534     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
4535     if (SI->getNumCases() < 4)  // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
4536       return false;
4537     if (!DL.fitsInLegalInteger(TableSize))
4538       return false;
4539   }
4540
4541   for (const auto &I : DefaultResultsList) {
4542     PHINode *PHI = I.first;
4543     Constant *Result = I.second;
4544     DefaultResults[PHI] = Result;
4545   }
4546
4547   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
4548     return false;
4549
4550   // Create the BB that does the lookups.
4551   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
4552   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4553                                             "switch.lookup",
4554                                             CommonDest->getParent(),
4555                                             CommonDest);
4556
4557   // Compute the table index value.
4558   Builder.SetInsertPoint(SI);
4559   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
4560                                         "switch.tableidx");
4561
4562   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
4563   // switching upon.
4564   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
4565   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
4566   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
4567          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
4568          "representable value of its input integer type's size.");
4569
4570   // If the default destination is unreachable, or if the lookup table covers
4571   // all values of the conditional variable, branch directly to the lookup table
4572   // BB. Otherwise, check that the condition is within the case range.
4573   const bool DefaultIsReachable =
4574       !isa<UnreachableInst>(SI->getDefaultDest()->getFirstNonPHIOrDbg());
4575   const bool GeneratingCoveredLookupTable = (MaxTableSize == TableSize);
4576   BranchInst *RangeCheckBranch = nullptr;
4577
4578   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
4579     Builder.CreateBr(LookupBB);
4580     // Note: We call removeProdecessor later since we need to be able to get the
4581     // PHI value for the default case in case we're using a bit mask.
4582   } else {
4583     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
4584                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
4585     RangeCheckBranch = Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4586   }
4587
4588   // Populate the BB that does the lookups.
4589   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4590
4591   if (NeedMask) {
4592     // Before doing the lookup we do the hole check.
4593     // The LookupBB is therefore re-purposed to do the hole check
4594     // and we create a new LookupBB.
4595     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
4596     MaskBB->setName("switch.hole_check");
4597     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4598                                   "switch.lookup",
4599                                   CommonDest->getParent(),
4600                                   CommonDest);
4601
4602     // Make the mask's bitwidth at least 8bit and a power-of-2 to avoid
4603     // unnecessary illegal types.
4604     uint64_t TableSizePowOf2 = NextPowerOf2(std::max(7ULL, TableSize - 1ULL));
4605     APInt MaskInt(TableSizePowOf2, 0);
4606     APInt One(TableSizePowOf2, 1);
4607     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
4608     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
4609     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
4610       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
4611                       MinCaseVal->getValue()).getLimitedValue();
4612       MaskInt |= One << Idx;
4613     }
4614     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
4615
4616     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
4617     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
4618     // else continue with table lookup.
4619     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
4620     Value *MaskIndex = Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy,
4621                                                  "switch.maskindex");
4622     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex,
4623                                         "switch.shifted");
4624     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(Shifted,
4625                                        Type::getInt1Ty(Mod.getContext()),
4626                                        "switch.lobit");
4627     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4628
4629     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4630     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
4631   }
4632
4633   if (!DefaultIsReachable || GeneratingCoveredLookupTable) {
4634     // We cached PHINodes in PHIs, to avoid accessing deleted PHINodes later,
4635     // do not delete PHINodes here.
4636     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent(),
4637                                             /*DontDeleteUselessPHIs=*/true);
4638   }
4639
4640   bool ReturnedEarly = false;
4641   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
4642     PHINode *PHI = PHIs[I];
4643     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHI];
4644
4645     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
4646     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
4647     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultList, DV, DL);
4648
4649     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
4650
4651     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
4652     // do that right here.
4653     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
4654         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
4655       Builder.CreateRet(Result);
4656       ReturnedEarly = true;
4657       break;
4658     }
4659
4660     // Do a small peephole optimization: re-use the switch table compare if
4661     // possible.
4662     if (!TableHasHoles && HasDefaultResults && RangeCheckBranch) {
4663       BasicBlock *PhiBlock = PHI->getParent();
4664       // Search for compare instructions which use the phi.
4665       for (auto *User : PHI->users()) {
4666         reuseTableCompare(User, PhiBlock, RangeCheckBranch, DV, ResultList);
4667       }
4668     }
4669
4670     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
4671   }
4672
4673   if (!ReturnedEarly)
4674     Builder.CreateBr(CommonDest);
4675
4676   // Remove the switch.
4677   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4678     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4679
4680     if (Succ == SI->getDefaultDest())
4681       continue;
4682     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
4683   }
4684   SI->eraseFromParent();
4685
4686   ++NumLookupTables;
4687   if (NeedMask)
4688     ++NumLookupTablesHoles;
4689   return true;
4690 }
4691
4692 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
4693   BasicBlock *BB = SI->getParent();
4694
4695   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
4696     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4697     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
4698     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4699       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
4700         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4701
4702     Value *Cond = SI->getCondition();
4703     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
4704       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
4705         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4706
4707     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
4708     // away into any preds.
4709     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
4710     // Ignore dbg intrinsics.
4711     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
4712       ++BBI;
4713     if (SI == &*BBI)
4714       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
4715         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4716   }
4717
4718   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
4719   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
4720     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4721
4722   // Remove unreachable cases.
4723   if (EliminateDeadSwitchCases(SI, AC, DL))
4724     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4725
4726   if (SwitchToSelect(SI, Builder, AC, DL))
4727     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4728
4729   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
4730     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4731
4732   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, DL, TTI))
4733     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4734
4735   return false;
4736 }
4737
4738 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
4739   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
4740   bool Changed = false;
4741
4742   // Eliminate redundant destinations.
4743   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
4744   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
4745     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
4746     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest).second) {
4747       Dest->removePredecessor(BB);
4748       IBI->removeDestination(i);
4749       --i; --e;
4750       Changed = true;
4751     }
4752   }
4753
4754   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
4755     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
4756     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
4757     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4758     return true;
4759   }
4760
4761   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
4762     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
4763     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
4764     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4765     return true;
4766   }
4767
4768   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
4769     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
4770       return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4771   }
4772   return Changed;
4773 }
4774
4775 /// Given an block with only a single landing pad and a unconditional branch
4776 /// try to find another basic block which this one can be merged with.  This
4777 /// handles cases where we have multiple invokes with unique landing pads, but
4778 /// a shared handler.
4779 ///
4780 /// We specifically choose to not worry about merging non-empty blocks
4781 /// here.  That is a PRE/scheduling problem and is best solved elsewhere.  In
4782 /// practice, the optimizer produces empty landing pad blocks quite frequently
4783 /// when dealing with exception dense code.  (see: instcombine, gvn, if-else
4784 /// sinking in this file)
4785 ///
4786 /// This is primarily a code size optimization.  We need to avoid performing
4787 /// any transform which might inhibit optimization (such as our ability to
4788 /// specialize a particular handler via tail commoning).  We do this by not
4789 /// merging any blocks which require us to introduce a phi.  Since the same
4790 /// values are flowing through both blocks, we don't loose any ability to
4791 /// specialize.  If anything, we make such specialization more likely.
4792 ///
4793 /// TODO - This transformation could remove entries from a phi in the target
4794 /// block when the inputs in the phi are the same for the two blocks being
4795 /// merged.  In some cases, this could result in removal of the PHI entirely.
4796 static bool TryToMergeLandingPad(LandingPadInst *LPad, BranchInst *BI,
4797                                  BasicBlock *BB) {
4798   auto Succ = BB->getUniqueSuccessor();
4799   assert(Succ);
4800   // If there's a phi in the successor block, we'd likely have to introduce
4801   // a phi into the merged landing pad block.
4802   if (isa<PHINode>(*Succ->begin()))
4803     return false;
4804
4805   for (BasicBlock *OtherPred : predecessors(Succ)) {
4806     if (BB == OtherPred)
4807       continue;
4808     BasicBlock::iterator I = OtherPred->begin();
4809     LandingPadInst *LPad2 = dyn_cast<LandingPadInst>(I);
4810     if (!LPad2 || !LPad2->isIdenticalTo(LPad))
4811       continue;
4812     for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I) {}
4813     BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(I);
4814     if (!BI2 || !BI2->isIdenticalTo(BI))
4815       continue;
4816
4817     // We've found an identical block.  Update our predeccessors to take that
4818     // path instead and make ourselves dead.
4819     SmallSet<BasicBlock *, 16> Preds;
4820     Preds.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
4821     for (BasicBlock *Pred : Preds) {
4822       InvokeInst *II = cast<InvokeInst>(Pred->getTerminator());
4823       assert(II->getNormalDest() != BB &&
4824              II->getUnwindDest() == BB && "unexpected successor");
4825       II->setUnwindDest(OtherPred);
4826     }
4827
4828     // The debug info in OtherPred doesn't cover the merged control flow that
4829     // used to go through BB.  We need to delete it or update it.
4830     for (auto I = OtherPred->begin(), E = OtherPred->end();
4831          I != E;) {
4832       Instruction &Inst = *I; I++;
4833       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(Inst))
4834         Inst.eraseFromParent();
4835     }
4836
4837     SmallSet<BasicBlock *, 16> Succs;
4838     Succs.insert(succ_begin(BB), succ_end(BB));
4839     for (BasicBlock *Succ : Succs) {
4840       Succ->removePredecessor(BB);
4841     }
4842
4843     IRBuilder<> Builder(BI);
4844     Builder.CreateUnreachable();
4845     BI->eraseFromParent();
4846     return true;
4847   }
4848   return false;
4849 }
4850
4851 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
4852   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4853
4854   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
4855     return true;
4856
4857   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
4858   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbg()->getIterator();
4859   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
4860       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
4861     return true;
4862
4863   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
4864   // against a constant, try to simplify the block.
4865   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
4866     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
4867       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
4868         ;
4869       if (I->isTerminator() &&
4870           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, DL, TTI,
4871                                                 BonusInstThreshold, AC))
4872         return true;
4873     }
4874
4875   // See if we can merge an empty landing pad block with another which is
4876   // equivalent.
4877   if (LandingPadInst *LPad = dyn_cast<LandingPadInst>(I)) {
4878     for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I) {}
4879     if (I->isTerminator() &&
4880         TryToMergeLandingPad(LPad, BI, BB))
4881       return true;
4882   }
4883
4884   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4885   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
4886   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
4887   // for PHI nodes in common successor.
4888   if (FoldBranchToCommonDest(BI, BonusInstThreshold))
4889     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4890   return false;
4891 }
4892
4893 static BasicBlock *allPredecessorsComeFromSameSource(BasicBlock *BB) {
4894   BasicBlock *PredPred = nullptr;
4895   for (auto *P : predecessors(BB)) {
4896     BasicBlock *PPred = P->getSinglePredecessor();
4897     if (!PPred || (PredPred && PredPred != PPred))
4898       return nullptr;
4899     PredPred = PPred;
4900   }
4901   return PredPred;
4902 }
4903
4904 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
4905   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4906
4907   // Conditional branch
4908   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
4909     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4910     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
4911     // switch.
4912     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4913       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
4914         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4915
4916     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
4917     // Ignore dbg intrinsics.
4918     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
4919     // Ignore dbg intrinsics.
4920     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4921       ++I;
4922     if (&*I == BI) {
4923       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4924         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4925     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4926       ++I;
4927       // Ignore dbg intrinsics.
4928       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4929         ++I;
4930       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4931         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4932     }
4933   }
4934
4935   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4936   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, Builder, DL))
4937     return true;
4938
4939   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4940   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4941   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4942   if (FoldBranchToCommonDest(BI, BonusInstThreshold))
4943     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4944
4945   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4946   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4947   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4948   // can hoist it up to the branching block.
4949   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
4950     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4951       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, TTI))
4952         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4953     } else {
4954       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4955       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
4956       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4957       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4958           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4959         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), TTI))
4960           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4961     }
4962   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4963     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4964     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
4965     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4966     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4967         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4968       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), TTI))
4969         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4970   }
4971
4972   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4973   // through this block if any PHI node entries are constants.
4974   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4975     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4976       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4977         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4978
4979   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4980   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4981     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4982       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4983         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI, DL))
4984           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4985
4986   // Look for diamond patterns.
4987   if (MergeCondStores)
4988     if (BasicBlock *PrevBB = allPredecessorsComeFromSameSource(BB))
4989       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PrevBB->getTerminator()))
4990         if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4991           if (mergeConditionalStores(PBI, BI))
4992             return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, AC) | true;
4993   
4994   return false;
4995 }
4996
4997 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4998 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4999   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
5000   if (!C)
5001     return false;
5002
5003   if (I->use_empty())
5004     return false;
5005
5006   if (C->isNullValue()) {
5007     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
5008     User *Use = *I->user_begin();
5009
5010     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
5011     // control flow (eg. calls)
5012     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
5013       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
5014         return false;
5015
5016     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
5017     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
5018       if (GEP->getPointerOperand() == I)
5019         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
5020
5021     // Look through bitcasts.
5022     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
5023       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
5024
5025     // Load from null is undefined.
5026     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
5027       if (!LI->isVolatile())
5028         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
5029
5030     // Store to null is undefined.
5031     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
5032       if (!SI->isVolatile())
5033         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
5034   }
5035   return false;
5036 }
5037
5038 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
5039 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
5040 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
5041   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
5042        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
5043     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
5044       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
5045         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
5046         IRBuilder<> Builder(T);
5047         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
5048           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
5049           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
5050           // destination from conditional branches.
5051           if (BI->isUnconditional())
5052             Builder.CreateUnreachable();
5053           else
5054             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
5055                                                          BI->getSuccessor(0));
5056           BI->eraseFromParent();
5057           return true;
5058         }
5059         // TODO: SwitchInst.
5060       }
5061
5062   return false;
5063 }
5064
5065 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
5066   bool Changed = false;
5067
5068   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
5069   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
5070
5071   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
5072   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
5073   if ((pred_empty(BB) &&
5074        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
5075       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
5076     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
5077     DeleteDeadBlock(BB);
5078     return true;
5079   }
5080
5081   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
5082   // away...
5083   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
5084
5085   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
5086   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
5087
5088   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
5089   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
5090
5091   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
5092   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
5093   // if there are no PHI nodes.
5094   //
5095   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
5096     return true;
5097
5098   IRBuilder<> Builder(BB);
5099
5100   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
5101   // eliminate it, do so now.
5102   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
5103     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
5104       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TTI, DL);
5105
5106   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
5107   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
5108     if (BI->isUnconditional()) {
5109       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
5110     } else {
5111       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
5112     }
5113   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
5114     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
5115   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
5116     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
5117   } else if (CleanupReturnInst *RI =
5118                dyn_cast<CleanupReturnInst>(BB->getTerminator())) {
5119     if (SimplifyCleanupReturn(RI)) return true;
5120   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
5121     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
5122   } else if (UnreachableInst *UI =
5123                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
5124     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
5125   } else if (IndirectBrInst *IBI =
5126                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
5127     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
5128   }
5129
5130   return Changed;
5131 }
5132
5133 /// This function is used to do simplification of a CFG.
5134 /// For example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop,
5135 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
5136 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
5137 ///
5138 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
5139                        unsigned BonusInstThreshold, AssumptionCache *AC) {
5140   return SimplifyCFGOpt(TTI, BB->getModule()->getDataLayout(),
5141                         BonusInstThreshold, AC).run(BB);
5142 }