SimplifyCFG: Simplify the weight scaling algorithm.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/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 <algorithm>
48 #include <map>
49 #include <set>
50 using namespace llvm;
51 using namespace PatternMatch;
52
53 static cl::opt<unsigned>
54 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
55    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
56
57 static cl::opt<bool>
58 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
59        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
60
61 static cl::opt<bool>
62 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
63        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
64
65 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
66     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
67     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
68
69 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
70 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
71 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
72 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
73
74 namespace {
75   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
76   struct ValueEqualityComparisonCase {
77     ConstantInt *Value;
78     BasicBlock *Dest;
79
80     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
81       : Value(Value), Dest(Dest) {}
82
83     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
84       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
85       return Value < RHS.Value;
86     }
87
88     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
89   };
90
91 class SimplifyCFGOpt {
92   const TargetTransformInfo &TTI;
93   const DataLayout *const DL;
94   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
95   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
96                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
97   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
98                                                      BasicBlock *Pred,
99                                                      IRBuilder<> &Builder);
100   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
101                                            IRBuilder<> &Builder);
102
103   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
104   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
105   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
106   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
107   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
108   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
109   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
110
111 public:
112   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *DL)
113       : TTI(TTI), DL(DL) {}
114   bool run(BasicBlock *BB);
115 };
116 }
117
118 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
119 /// terminator instructions together.
120 ///
121 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
122   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
123
124   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
125   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
126   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
127   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
128   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
129   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
130
131   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
132     if (SI1Succs.count(*I))
133       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
134            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
135         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
136         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
137             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
138           return false;
139       }
140
141   return true;
142 }
143
144 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
145 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
146 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
147 /// successors.
148 ///
149 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
150                                           BranchInst *SI2,
151                                           Instruction *Cond,
152                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
153   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
154   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
155
156   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
157   // common successors:
158   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
159   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
160   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
161   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
162   if (!Ci2) return false;
163   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
164         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
165       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
166         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
167     return false;
168
169   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
170   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
171   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
172   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
173     if (SI1Succs.count(*I))
174       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
175            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
176         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
177         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
178             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
179           return false;
180         PhiNodes.push_back(PN);
181       }
182   return true;
183 }
184
185 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
186 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
187 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
188 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
189 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
190                                   BasicBlock *ExistPred) {
191   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
192
193   PHINode *PN;
194   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
195        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
196     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
197 }
198
199 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
200 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
201 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
202 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
203   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
204          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
205   switch (Operator::getOpcode(I)) {
206   default:
207     // In doubt, be conservative.
208     return UINT_MAX;
209   case Instruction::GetElementPtr:
210     // GEPs are cheap if all indices are constant.
211     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
212       return UINT_MAX;
213     return 1;
214   case Instruction::Load:
215   case Instruction::Add:
216   case Instruction::Sub:
217   case Instruction::And:
218   case Instruction::Or:
219   case Instruction::Xor:
220   case Instruction::Shl:
221   case Instruction::LShr:
222   case Instruction::AShr:
223   case Instruction::ICmp:
224   case Instruction::Trunc:
225   case Instruction::ZExt:
226   case Instruction::SExt:
227     return 1; // These are all cheap.
228
229   case Instruction::Call:
230   case Instruction::Select:
231     return 2;
232   }
233 }
234
235 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
236 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
237 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
238 /// which works well enough for us.
239 ///
240 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
241 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
242 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
243 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
244 /// set and true is returned.
245 ///
246 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
247 /// Select whose cost is 2.
248 ///
249 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
250 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
251 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
252 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
253                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
254                                 unsigned &CostRemaining) {
255   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
256   if (!I) {
257     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
258     // can be executed unconditionally.
259     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
260       if (C->canTrap())
261         return false;
262     return true;
263   }
264   BasicBlock *PBB = I->getParent();
265
266   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
267   // the bottom of this block.
268   if (PBB == BB) return false;
269
270   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
271   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
272   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
273   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
274   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
275     return true;
276
277   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
278   // instructions in the 'if region'.
279   if (AggressiveInsts == 0) return false;
280
281   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
282   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
283
284   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
285   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
286   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
287   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
288     return false;
289
290   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
291
292   if (Cost > CostRemaining)
293     return false;
294
295   CostRemaining -= Cost;
296
297   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
298   // not take us over the cost threshold.
299   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
300     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
301       return false;
302   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
303   AggressiveInsts->insert(I);
304   return true;
305 }
306
307 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
308 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
309 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *DL) {
310   // Normal constant int.
311   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
312   if (CI || !DL || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
313     return CI;
314
315   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
316   // ConstantInt if possible.
317   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL->getIntPtrType(V->getType()));
318
319   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
320   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
321     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
322
323   // IntToPtr const int.
324   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
325     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
326       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
327         // The constant is very likely to have the right type already.
328         if (CI->getType() == PtrTy)
329           return CI;
330         else
331           return cast<ConstantInt>
332             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
333       }
334   return 0;
335 }
336
337 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
338 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
339 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
340 /// Values vector.
341 static Value *
342 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
343                        const DataLayout *DL, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
344   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
345   if (I == 0) return 0;
346
347   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
348   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
349     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)) {
350       Value *RHSVal;
351       ConstantInt *RHSC;
352
353       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
354         // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
355         // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
356         if (match(ICI->getOperand(0),
357                   m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
358           APInt Not = ~RHSC->getValue();
359           if (Not.isPowerOf2()) {
360             Vals.push_back(C);
361             Vals.push_back(
362                 ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue() | Not));
363             UsedICmps++;
364             return RHSVal;
365           }
366         }
367
368         UsedICmps++;
369         Vals.push_back(C);
370         return I->getOperand(0);
371       }
372
373       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
374       // the set.
375       ConstantRange Span =
376         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
377
378       // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
379       // compare idiom as emitted by instcombine.
380       bool hasAdd =
381           match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)));
382       if (hasAdd)
383         Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
384
385       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
386       // x != 0 && x != 1.
387       if (!isEQ)
388         Span = Span.inverse();
389
390       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
391       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
392         return 0;
393
394       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
395         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
396       UsedICmps++;
397       return hasAdd ? RHSVal : I->getOperand(0);
398     }
399     return 0;
400   }
401
402   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
403   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
404     return 0;
405
406   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
407   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
408   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, DL,
409                                           isEQ, UsedICmps)) {
410     unsigned NumVals = Vals.size();
411     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
412     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, DL,
413                                             isEQ, UsedICmps)) {
414       if (LHS == RHS)
415         return LHS;
416       Vals.resize(NumVals);
417       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
418     }
419
420     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
421     // set it and return success.
422     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
423       Extra = I->getOperand(1);
424       return LHS;
425     }
426
427     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
428     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
429     return 0;
430   }
431
432   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
433   // use LHS as Extra.
434   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
435     Value *OldExtra = Extra;
436     Extra = I->getOperand(0);
437     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, DL,
438                                             isEQ, UsedICmps))
439       return RHS;
440     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
441     Extra = OldExtra;
442   }
443
444   return 0;
445 }
446
447 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
448   Instruction *Cond = 0;
449   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
450     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
451   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
452     if (BI->isConditional())
453       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
454   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
455     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
456   }
457
458   TI->eraseFromParent();
459   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
460 }
461
462 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
463 /// to see if a value is equal to constant integer value.
464 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
465   Value *CV = 0;
466   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
467     // Do not permit merging of large switch instructions into their
468     // predecessors unless there is only one predecessor.
469     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
470                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
471       CV = SI->getCondition();
472   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
473     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
474       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
475         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
476           CV = ICI->getOperand(0);
477
478   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
479   if (DL && CV) {
480     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
481       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
482       if (PTII->getType() == DL->getIntPtrType(Ptr->getType()))
483         CV = Ptr;
484     }
485   }
486   return CV;
487 }
488
489 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
490 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
491 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
492 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
493                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
494                                                                        &Cases) {
495   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
496     Cases.reserve(SI->getNumCases());
497     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
498       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
499                                                   i.getCaseSuccessor()));
500     return SI->getDefaultDest();
501   }
502
503   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
504   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
505   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
506   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
507                                                              DL),
508                                               Succ));
509   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
510 }
511
512
513 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
514 /// in the list that match the specified block.
515 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
516                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
517   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
518 }
519
520 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
521 /// well.
522 static bool
523 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
524               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
525   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
526
527   // Make V1 be smaller than V2.
528   if (V1->size() > V2->size())
529     std::swap(V1, V2);
530
531   if (V1->size() == 0) return false;
532   if (V1->size() == 1) {
533     // Just scan V2.
534     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
535     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
536       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
537         return true;
538   }
539
540   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
541   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
542   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
543   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
544   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
545     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
546       return true;
547     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
548       ++i1;
549     else
550       ++i2;
551   }
552   return false;
553 }
554
555 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
556 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
557 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
558 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
559 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
560 /// form of jump threading.
561 bool SimplifyCFGOpt::
562 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
563                                               BasicBlock *Pred,
564                                               IRBuilder<> &Builder) {
565   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
566   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
567
568   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
569   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
570   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
571
572   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
573   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
574
575   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
576   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
577   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
578                                                         PredCases);
579   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
580
581   // Find information about how control leaves this block.
582   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
583   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
584   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
585
586   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
587   // simplify TI based on this knowledge.
588   if (PredDef == TI->getParent()) {
589     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
590     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
591     // can simplify TI.
592     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
593       return false;
594
595     if (isa<BranchInst>(TI)) {
596       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
597       // uncond br.
598       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
599       // Insert the new branch.
600       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
601       (void) NI;
602
603       // Remove PHI node entries for the dead edge.
604       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
605
606       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
607            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
608
609       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
610       return true;
611     }
612
613     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
614     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
615     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
616     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
617       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
618
619     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
620                  << "Through successor TI: " << *TI);
621
622     // Collect branch weights into a vector.
623     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
624     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
625     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
626     if (HasWeight)
627       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
628            ++MD_i) {
629         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
630         assert(CI);
631         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
632       }
633     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
634       --i;
635       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
636         if (HasWeight) {
637           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
638           Weights.pop_back();
639         }
640         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
641         SI->removeCase(i);
642       }
643     }
644     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
645       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
646                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
647                       createBranchWeights(Weights));
648
649     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
650     return true;
651   }
652
653   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
654   // which value (or set of values) this is.
655   ConstantInt *TIV = 0;
656   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
657   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
658     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
659       if (TIV != 0)
660         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
661       TIV = PredCases[i].Value;
662     }
663   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
664
665   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
666   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
667   BasicBlock *TheRealDest = 0;
668   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
669     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
670       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
671       break;
672     }
673
674   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
675   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
676
677   // Remove PHI node entries for dead edges.
678   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
679   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
680     if (*SI != CheckEdge)
681       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
682     else
683       CheckEdge = 0;
684
685   // Insert the new branch.
686   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
687   (void) NI;
688
689   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
690             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
691
692   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
693   return true;
694 }
695
696 namespace {
697   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
698   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
699   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
700   struct ConstantIntOrdering {
701     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
702       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
703     }
704   };
705 }
706
707 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
708                                     ConstantInt *const *P2) {
709   const ConstantInt *LHS = *P1;
710   const ConstantInt *RHS = *P2;
711   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
712     return 1;
713   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
714     return 0;
715   return -1;
716 }
717
718 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
719   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
720   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
721     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
722       return MDS->getString().equals("branch_weights");
723
724   return false;
725 }
726
727 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
728 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
729 /// metadata.
730 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
731                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
732   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
733   assert(MD);
734   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
735     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
736     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
737   }
738
739   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
740   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
741   // default weight to be the first entry.
742   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
743     assert(Weights.size() == 2);
744     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
745     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
746       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
747   }
748 }
749
750 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
751 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
752   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
753   if (Max > UINT_MAX) {
754     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
755     for (uint64_t &I : Weights)
756       I >>= Offset;
757   }
758 }
759
760 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
761 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
762 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
763 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
764 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
765                                                          IRBuilder<> &Builder) {
766   BasicBlock *BB = TI->getParent();
767   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
768   assert(CV && "Not a comparison?");
769   bool Changed = false;
770
771   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
772   while (!Preds.empty()) {
773     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
774
775     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
776     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
777     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
778
779     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
780       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
781       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
782       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
783
784       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
785       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
786
787       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
788       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
789       // build.
790       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
791
792       // Update the branch weight metadata along the way
793       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
794       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
795       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
796
797       if (PredHasWeights) {
798         GetBranchWeights(PTI, Weights);
799         // branch-weight metadata is inconsistent here.
800         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
801           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
802       } else if (SuccHasWeights)
803         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
804         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
805         // successor's weights
806         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
807
808       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
809       if (SuccHasWeights) {
810         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
811         // branch-weight metadata is inconsistent here.
812         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
813           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
814       } else if (PredHasWeights)
815         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
816
817       if (PredDefault == BB) {
818         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
819         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
820         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
821         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
822           if (PredCases[i].Dest != BB)
823             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
824           else {
825             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
826             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
827
828             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
829               // Increase weight for the default case.
830               Weights[0] += Weights[i+1];
831               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
832               Weights.pop_back();
833             }
834
835             PredCases.pop_back();
836             --i; --e;
837           }
838
839         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
840         if (PredDefault != BBDefault) {
841           PredDefault->removePredecessor(Pred);
842           PredDefault = BBDefault;
843           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
844         }
845
846         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
847         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
848         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
849           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
850               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
851             PredCases.push_back(BBCases[i]);
852             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
853             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
854               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
855               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
856               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
857               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
858               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
859             }
860           }
861
862         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
863           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
864           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
865           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
866             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
867           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
868           Weights[0] *= SuccWeights[0];
869         }
870       } else {
871         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
872         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
873         // activated.
874         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
875         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
876         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
877           if (PredCases[i].Dest == BB) {
878             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
879
880             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
881               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
882               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
883               Weights.pop_back();
884             }
885
886             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
887             PredCases.pop_back();
888             --i; --e;
889           }
890
891         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
892         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
893         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
894           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
895             // If this is one we are capable of getting...
896             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
897               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
898             PredCases.push_back(BBCases[i]);
899             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
900             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
901           }
902
903         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
904         // they must go to the default destination of TI.
905         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
906                                     PTIHandled.begin(),
907                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
908           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
909             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
910           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
911           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
912         }
913       }
914
915       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
916       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
917       // successors.
918       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
919         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
920
921       Builder.SetInsertPoint(PTI);
922       // Convert pointer to int before we switch.
923       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
924         assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
925         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL->getIntPtrType(CV->getType()),
926                                     "magicptr");
927       }
928
929       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
930       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
931                                                PredCases.size());
932       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
933       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
934         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
935
936       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
937         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
938         FitWeights(Weights);
939
940         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
941
942         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
943                            MDBuilder(BB->getContext()).
944                            createBranchWeights(MDWeights));
945       }
946
947       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
948
949       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
950       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
951       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
952       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
953       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
954         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
955           if (InfLoopBlock == 0) {
956             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
957             // or it won't matter if it's hot. :)
958             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
959                                               "infloop", BB->getParent());
960             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
961           }
962           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
963         }
964
965       Changed = true;
966     }
967   }
968   return Changed;
969 }
970
971 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
972 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
973 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
974 // to put the select in this case.
975 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
976                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
977   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
978     PHINode *PN;
979     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
980          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
981       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
982       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
983       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
984         return false;
985       }
986     }
987   }
988   return true;
989 }
990
991 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
992 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
993 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
994 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
995   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
996   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
997   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
998   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
999   // identical order.
1000   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1001   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1002
1003   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1004   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1005
1006   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1007   // Skip debug info if it is not identical.
1008   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1009   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1010   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1011     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1012       I1 = BB1_Itr++;
1013     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1014       I2 = BB2_Itr++;
1015   }
1016   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1017       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1018     return false;
1019
1020   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1021
1022   bool Changed = false;
1023   do {
1024     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1025     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1026     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1027       goto HoistTerminator;
1028
1029     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1030     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1031     // the now redundant second instruction.
1032     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1033     if (!I2->use_empty())
1034       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1035     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1036     I2->eraseFromParent();
1037     Changed = true;
1038
1039     I1 = BB1_Itr++;
1040     I2 = BB2_Itr++;
1041     // Skip debug info if it is not identical.
1042     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1043     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1044     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1045       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1046         I1 = BB1_Itr++;
1047       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1048         I2 = BB2_Itr++;
1049     }
1050   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1051
1052   return true;
1053
1054 HoistTerminator:
1055   // It may not be possible to hoist an invoke.
1056   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1057     return Changed;
1058
1059   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1060     PHINode *PN;
1061     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1062          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1063       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1064       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1065       if (BB1V == BB2V)
1066         continue;
1067
1068       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V))
1069         return Changed;
1070       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V))
1071         return Changed;
1072     }
1073   }
1074
1075   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1076   Instruction *NT = I1->clone();
1077   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1078   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1079     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1080     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1081     NT->takeName(I1);
1082   }
1083
1084   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1085   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1086   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1087   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1088   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1089   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1090   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1091     PHINode *PN;
1092     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1093          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1094       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1095       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1096       if (BB1V == BB2V) continue;
1097
1098       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1099       // that determines the right value.
1100       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1101       if (SI == 0)
1102         SI = cast<SelectInst>
1103           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1104                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1105
1106       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1107       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1108         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1109           PN->setIncomingValue(i, SI);
1110     }
1111   }
1112
1113   // Update any PHI nodes in our new successors.
1114   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1115     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1116
1117   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1118   return true;
1119 }
1120
1121 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1122 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1123 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1124 /// in the two predecessors to BBEnd.
1125 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1126   assert(BI1->isUnconditional());
1127   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1128   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1129
1130   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1131   // an unconditional branch.
1132   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1133   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1134   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1135     return false;
1136   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1137   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1138     return false;
1139   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1140   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1141   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1142     return false;
1143
1144   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1145   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1146   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1147   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1148        I != E; ++I) {
1149     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1150       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1151       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1152       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1153     } else {
1154       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1155       break;
1156     }
1157   }
1158   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1159     return false;
1160
1161
1162   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1163   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1164   // instructions in an identical order.
1165   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1166       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1167       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1168   // Skip debug info.
1169   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1170   if (RI1 == RE1)
1171     return false;
1172   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1173   if (RI2 == RE2)
1174     return false;
1175   // Skip the unconditional branches.
1176   ++RI1;
1177   ++RI2;
1178
1179   bool Changed = false;
1180   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1181     // Skip debug info.
1182     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1183     if (RI1 == RE1)
1184       return Changed;
1185     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1186     if (RI2 == RE2)
1187       return Changed;
1188
1189     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1190     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1191     // perform the same operation.
1192     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1193     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1194         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1195         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1196         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1197         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1198         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1199         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1200         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1201         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1202       return Changed;
1203
1204     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1205     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1206     bool SwapOpnds = false;
1207     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1208         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1209         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1210         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1211          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1212       ICmp2->swapOperands();
1213       SwapOpnds = true;
1214     }
1215     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1216       if (SwapOpnds)
1217         ICmp2->swapOperands();
1218       return Changed;
1219     }
1220
1221     // The operands should be either the same or they need to be generated
1222     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1223     // a single pair of different operands.
1224     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1225     unsigned Op1Idx = 0;
1226     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1227       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1228         continue;
1229       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1230       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1231       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1232       if (DifferentOp1 ||
1233           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1234           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1235           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1236           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1237         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1238         if (SwapOpnds)
1239           ICmp2->swapOperands();
1240         return Changed;
1241       }
1242       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1243       Op1Idx = I;
1244       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1245     }
1246
1247     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1248     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1249     if (DifferentOp1) {
1250       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1251                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1252                                        BBEnd->begin());
1253       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1254       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1255       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1256       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1257       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1258       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1259     }
1260     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1261     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1262
1263     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1264     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1265     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1266     // instruction in the basic block down.
1267     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1268     // Sink the instruction.
1269     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1270     if (!OldPN->use_empty())
1271       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1272     OldPN->eraseFromParent();
1273
1274     if (!I2->use_empty())
1275       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1276     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1277     I2->eraseFromParent();
1278
1279     if (UpdateRE1)
1280       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1281     if (UpdateRE2)
1282       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1283     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1284     NumSinkCommons++;
1285     Changed = true;
1286   }
1287   return Changed;
1288 }
1289
1290 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1291 /// conditional block.
1292 ///
1293 /// We are looking for code like the following:
1294 ///   BrBB:
1295 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1296 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1297 ///     ... // function).
1298 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1299 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1300 ///   ThenBB:
1301 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1302 ///     br label EndBB
1303 ///   EndBB:
1304 ///     ...
1305 ///   We are going to transform this into:
1306 ///   BrBB:
1307 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1308 ///     ... //
1309 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1310 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1311 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1312 ///     ...
1313 ///
1314 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1315 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1316 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1317                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1318   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1319   if (!StoreToHoist)
1320     return 0;
1321
1322   // Volatile or atomic.
1323   if (!StoreToHoist->isSimple())
1324     return 0;
1325
1326   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1327
1328   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1329   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1330   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1331        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1332     Instruction *CurI = &*RI;
1333
1334     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1335     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1336       return 0;
1337
1338     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1339     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1340     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1341       // Found the previous store, return its value operand.
1342       return SI->getValueOperand();
1343     else if (SI)
1344       return 0; // Unknown store.
1345   }
1346
1347   return 0;
1348 }
1349
1350 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1351 ///
1352 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1353 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1354 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1355 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1356 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1357 ///
1358 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1359 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1360 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1361 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1362 ///
1363 ///
1364 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1365 /// \code
1366 ///   BB:
1367 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1368 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1369 ///   ThenBB:
1370 ///     %sub = sub %x, %y
1371 ///     br label BB2
1372 ///   EndBB:
1373 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1374 ///     ...
1375 /// \endcode
1376 ///
1377 /// Into this IR:
1378 /// \code
1379 ///   BB:
1380 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1381 ///     %sub = sub %x, %y
1382 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1383 ///     ...
1384 /// \endcode
1385 ///
1386 /// \returns true if the conditional block is removed.
1387 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB) {
1388   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1389   Value *BrCond = BI->getCondition();
1390   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1391     return false;
1392
1393   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1394   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1395
1396   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1397   // to swap the select operands later.
1398   bool Invert = false;
1399   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1400     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1401     Invert = true;
1402   }
1403   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1404
1405   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1406   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1407   // - They are defined in BB, and
1408   // - They have no side effects, and
1409   // - All of their uses are in CondBB.
1410   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1411
1412   unsigned SpeculationCost = 0;
1413   Value *SpeculatedStoreValue = 0;
1414   StoreInst *SpeculatedStore = 0;
1415   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1416                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1417        BBI != BBE; ++BBI) {
1418     Instruction *I = BBI;
1419     // Skip debug info.
1420     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1421       continue;
1422
1423     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1424     // terminator) for now.
1425     ++SpeculationCost;
1426     if (SpeculationCost > 1)
1427       return false;
1428
1429     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1430     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1431         !(HoistCondStores &&
1432           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1433                                                          EndBB))))
1434       return false;
1435     if (!SpeculatedStoreValue &&
1436         ComputeSpeculationCost(I) > PHINodeFoldingThreshold)
1437       return false;
1438
1439     // Store the store speculation candidate.
1440     if (SpeculatedStoreValue)
1441       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1442
1443     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1444     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1445     // being sunk into the use block.
1446     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1447          i != e; ++i) {
1448       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1449       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1450           OpI->mayHaveSideEffects())
1451         continue; // Not a candidate for sinking.
1452
1453       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1454     }
1455   }
1456
1457   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1458   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1459   // and so iteration order isn't significant.
1460   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1461            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1462        I != E; ++I)
1463     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1464       ++SpeculationCost;
1465       if (SpeculationCost > 1)
1466         return false;
1467     }
1468
1469   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1470   bool HaveRewritablePHIs = false;
1471   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1472        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1473     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1474     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1475
1476     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1477     // Skip PHIs which are trivial.
1478     if (ThenV == OrigV)
1479       continue;
1480
1481     HaveRewritablePHIs = true;
1482     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1483     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1484     if (!OrigCE && !ThenCE)
1485       continue; // Known safe and cheap.
1486
1487     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE)) ||
1488         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE)))
1489       return false;
1490     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE) : 0;
1491     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE) : 0;
1492     if (OrigCost + ThenCost > 2 * PHINodeFoldingThreshold)
1493       return false;
1494
1495     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1496     // getting expanded into Instructions.
1497     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1498     // constant expression.
1499     ++SpeculationCost;
1500     if (SpeculationCost > 1)
1501       return false;
1502   }
1503
1504   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1505   // as well.
1506   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1507     return false;
1508
1509   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1510   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1511
1512   // Insert a select of the value of the speculated store.
1513   if (SpeculatedStoreValue) {
1514     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1515     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1516     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1517     if (Invert)
1518       std::swap(TrueV, FalseV);
1519     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1520                                     "." + FalseV->getName());
1521     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1522   }
1523
1524   // Hoist the instructions.
1525   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1526                            std::prev(ThenBB->end()));
1527
1528   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1529   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1530   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1531        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1532     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1533     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1534     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1535     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1536
1537     // Skip PHIs which are trivial.
1538     if (OrigV == ThenV)
1539       continue;
1540
1541     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1542     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1543     // destinations were inverted.
1544     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1545     if (Invert)
1546       std::swap(TrueV, FalseV);
1547     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1548                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1549     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1550     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1551   }
1552
1553   ++NumSpeculations;
1554   return true;
1555 }
1556
1557 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1558 /// attribute.
1559 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1560   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1561     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1562     if (!CI)
1563       continue;
1564     if (CI->cannotDuplicate())
1565       return true;
1566   }
1567   return false;
1568 }
1569
1570 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1571 /// across this block.
1572 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1573   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1574   unsigned Size = 0;
1575
1576   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1577     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1578       continue;
1579     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1580     ++Size;
1581
1582     // We can only support instructions that do not define values that are
1583     // live outside of the current basic block.
1584     for (User *U : BBI->users()) {
1585       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1586       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1587     }
1588
1589     // Looks ok, continue checking.
1590   }
1591
1592   return true;
1593 }
1594
1595 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1596 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1597 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1598 /// ultimate destination.
1599 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1600   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1601   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1602   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1603   // outside of the block.
1604   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1605     return false;
1606
1607   // Degenerate case of a single entry PHI.
1608   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1609     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1610     return true;
1611   }
1612
1613   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1614   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1615
1616   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1617
1618   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1619   // constants.
1620   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1621     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1622     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1623
1624     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1625     // branch to RealDest.
1626     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1627     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1628
1629     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1630     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1631     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1632
1633     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1634     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1635     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1636     // the edge we are about to create.
1637     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1638                                             RealDest->getName()+".critedge",
1639                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1640     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1641
1642     // Update PHI nodes.
1643     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1644
1645     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1646     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1647     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1648     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1649     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1650     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1651       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1652         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1653         continue;
1654       }
1655       // Clone the instruction.
1656       Instruction *N = BBI->clone();
1657       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1658
1659       // Update operands due to translation.
1660       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1661            i != e; ++i) {
1662         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1663         if (PI != TranslateMap.end())
1664           *i = PI->second;
1665       }
1666
1667       // Check for trivial simplification.
1668       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1669         TranslateMap[BBI] = V;
1670         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1671       } else {
1672         // Insert the new instruction into its new home.
1673         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1674         if (!BBI->use_empty())
1675           TranslateMap[BBI] = N;
1676       }
1677     }
1678
1679     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1680     // to EdgeBB instead.
1681     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1682     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1683       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1684         BB->removePredecessor(PredBB);
1685         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1686       }
1687
1688     // Recurse, simplifying any other constants.
1689     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1690   }
1691
1692   return false;
1693 }
1694
1695 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1696 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1697 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *DL) {
1698   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1699   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1700   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1701   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1702   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1703   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1704   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1705   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1706   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1707   if (!IfCond ||
1708       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1709       isa<ConstantInt>(IfCond))
1710     return false;
1711
1712   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1713   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1714   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1715   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1716   // fewer PHI nodes in this block.
1717   unsigned NumPhis = 0;
1718   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1719     if (NumPhis > 2)
1720       return false;
1721
1722   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1723   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1724   // that need to be moved to the dominating block.
1725   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1726   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1727            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1728
1729   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1730     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1731     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1732       PN->replaceAllUsesWith(V);
1733       PN->eraseFromParent();
1734       continue;
1735     }
1736
1737     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1738                              MaxCostVal0) ||
1739         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1740                              MaxCostVal1))
1741       return false;
1742   }
1743
1744   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1745   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1746   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1747   if (PN == 0) return true;
1748
1749   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1750   // often be turned into switches and other things.
1751   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1752       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1753        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1754        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1755     return false;
1756
1757   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1758   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1759   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1760   // worth promoting to select instructions.
1761   BasicBlock *DomBlock = 0;
1762   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1763   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1764   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1765     IfBlock1 = 0;
1766   } else {
1767     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1768     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1769       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1770         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1771         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1772         // flow, so the xform is not worth it.
1773         return false;
1774       }
1775   }
1776
1777   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1778     IfBlock2 = 0;
1779   } else {
1780     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1781     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1782       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1783         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1784         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1785         // flow, so the xform is not worth it.
1786         return false;
1787       }
1788   }
1789
1790   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1791                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1792
1793   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1794   // do all of the PHI's now.
1795   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1796   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1797
1798   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1799   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1800   if (IfBlock1)
1801     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1802                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1803                                    IfBlock1->getTerminator());
1804   if (IfBlock2)
1805     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1806                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1807                                    IfBlock2->getTerminator());
1808
1809   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1810     // Change the PHI node into a select instruction.
1811     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1812     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1813
1814     SelectInst *NV =
1815       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1816     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1817     NV->takeName(PN);
1818     PN->eraseFromParent();
1819   }
1820
1821   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1822   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1823   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1824   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1825   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1826   Builder.CreateBr(BB);
1827   OldTI->eraseFromParent();
1828   return true;
1829 }
1830
1831 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1832 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1833 /// introducing a select if the return values disagree.
1834 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1835                                            IRBuilder<> &Builder) {
1836   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1837   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1838   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1839   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1840   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1841
1842   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1843   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1844   // computation on one path or the other.
1845   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1846     return false;
1847   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1848     return false;
1849
1850   Builder.SetInsertPoint(BI);
1851   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1852   // there is no return value for this function, just change the
1853   // branch into a return.
1854   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1855     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1856     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1857     Builder.CreateRetVoid();
1858     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1859     return true;
1860   }
1861
1862   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1863   // so we can insert a new select instruction.
1864   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1865   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1866
1867   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1868   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1869     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1870       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1871   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1872     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1873       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1874
1875   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1876   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1877   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1878   // constant expression that prevents this transformation from being
1879   // safe.
1880   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1881     if (TCV->canTrap())
1882       return false;
1883   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1884     if (FCV->canTrap())
1885       return false;
1886
1887   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1888   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1889   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1890   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1891
1892   // Insert select instructions where needed.
1893   Value *BrCond = BI->getCondition();
1894   if (TrueValue) {
1895     // Insert a select if the results differ.
1896     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1897     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1898       TrueValue = FalseValue;
1899     } else {
1900       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1901                                        FalseValue, "retval");
1902     }
1903   }
1904
1905   Value *RI = !TrueValue ?
1906     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1907
1908   (void) RI;
1909
1910   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1911                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1912                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1913
1914   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1915
1916   return true;
1917 }
1918
1919 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1920 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1921 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1922 /// found.
1923 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1924                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1925   assert(BI->isConditional() &&
1926          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1927   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1928   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1929   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1930   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1931   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1932   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1933   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1934   return true;
1935 }
1936
1937 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1938 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1939 ///
1940 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1941   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1942     return false;
1943   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1944     Instruction *PBI = &*I;
1945     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1946     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1947       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1948       Inst->eraseFromParent();
1949       return true;
1950     }
1951   }
1952   return false;
1953 }
1954
1955 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1956 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1957 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1958 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1959   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1960
1961   Instruction *Cond = 0;
1962   if (BI->isConditional())
1963     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1964   else {
1965     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1966     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1967     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1968     // predecessor.
1969     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1970       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1971         if (PBI->isConditional() &&
1972             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1973              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1974           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1975                I != E; ) {
1976             Instruction *Curr = I++;
1977             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1978               Cond = Curr;
1979               break;
1980             }
1981             // Quit if we can't remove this instruction.
1982             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1983               return false;
1984           }
1985         }
1986
1987     if (Cond == 0)
1988       return false;
1989   }
1990
1991   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1992     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
1993   return false;
1994
1995   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1996   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1997   // must be at the front of the block.
1998   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
1999
2000   // Ignore dbg intrinsics.
2001   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2002
2003   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
2004   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
2005   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
2006   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
2007   Instruction *BonusInst = 0;
2008   if (&*FrontIt != Cond &&
2009       FrontIt->hasOneUse() && FrontIt->user_back() == Cond &&
2010       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
2011     BonusInst = &*FrontIt;
2012     ++FrontIt;
2013
2014     // Ignore dbg intrinsics.
2015     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2016   }
2017
2018   // Only a single bonus inst is allowed.
2019   if (&*FrontIt != Cond)
2020     return false;
2021
2022   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2023   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2024
2025   // Ingore dbg intrinsics.
2026   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2027
2028   if (&*CondIt != BI)
2029     return false;
2030
2031   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2032   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2033   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2034     if (CE->canTrap())
2035       return false;
2036   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2037     if (CE->canTrap())
2038       return false;
2039
2040   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2041   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2042   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
2043   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2044     return false;
2045
2046   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2047     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2048     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2049
2050     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2051     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2052     // blocks.
2053     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2054     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
2055         (BI->isConditional() &&
2056          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2057         (!BI->isConditional() &&
2058          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2059       continue;
2060
2061     // Determine if the two branches share a common destination.
2062     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2063     bool InvertPredCond = false;
2064
2065     if (BI->isConditional()) {
2066       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2067         Opc = Instruction::Or;
2068       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2069         Opc = Instruction::And;
2070       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2071         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2072       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2073         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2074       else
2075         continue;
2076     } else {
2077       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2078         continue;
2079     }
2080
2081     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2082     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2083     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2084     // out-of-order core by speculating them earlier. We also allow
2085     // instructions that are used by the terminator's condition because it
2086     // exposes more merging opportunities.
2087     bool UsedByBranch = (BonusInst && BonusInst->hasOneUse() &&
2088                          BonusInst->user_back() == Cond);
2089
2090     if (BonusInst && !UsedByBranch) {
2091       // Collect the values used by the bonus inst
2092       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2093       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2094            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2095         Value *V = *OI;
2096         if (!isa<Constant>(V) && !isa<Argument>(V))
2097           UsedValues.insert(V);
2098       }
2099
2100       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2101       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2102
2103       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2104       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2105       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2106       while (!Worklist.empty()) {
2107         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2108         Worklist.pop_back();
2109
2110         if (Pair.second >= 4) continue;
2111         UsedValues.erase(Pair.first);
2112         if (UsedValues.empty()) break;
2113
2114         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2115           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2116                OI != OE; ++OI)
2117             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2118         }
2119       }
2120
2121       if (!UsedValues.empty()) return false;
2122     }
2123
2124     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2125     IRBuilder<> Builder(PBI);
2126
2127     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2128     if (InvertPredCond) {
2129       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2130
2131       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2132         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2133         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2134       } else {
2135         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2136                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2137       }
2138
2139       PBI->setCondition(NewCond);
2140       PBI->swapSuccessors();
2141     }
2142
2143     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2144     Instruction *NewBonus = 0;
2145     if (BonusInst) {
2146       NewBonus = BonusInst->clone();
2147
2148       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2149       // its potential value. The previous information might have been valid
2150       // only given the branch precondition.
2151       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2152       // semantics we don't understand.
2153       NewBonus->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
2154
2155       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2156       NewBonus->takeName(BonusInst);
2157       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2158     }
2159
2160     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2161     // two conditions together.
2162     Instruction *New = Cond->clone();
2163     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2164     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2165     New->takeName(Cond);
2166     Cond->setName(New->getName()+".old");
2167
2168     if (BI->isConditional()) {
2169       Instruction *NewCond =
2170         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2171                                             New, "or.cond"));
2172       PBI->setCondition(NewCond);
2173
2174       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2175       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2176                                                   PredFalseWeight);
2177       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2178                                                   SuccFalseWeight);
2179       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2180
2181       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2182         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2183           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2184           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2185           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2186           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2187           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2188           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2189           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2190           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2191           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2192                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2193         }
2194         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2195         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2196       }
2197       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2198         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2199           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2200           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2201           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2202           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2203           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2204               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2205           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2206           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2207         }
2208         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2209         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2210       }
2211       if (NewWeights.size() == 2) {
2212         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2213         FitWeights(NewWeights);
2214
2215         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2216         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2217                          MDBuilder(BI->getContext()).
2218                          createBranchWeights(MDWeights));
2219       } else
2220         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2221     } else {
2222       // Update PHI nodes in the common successors.
2223       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2224         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2225           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2226         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2227         Instruction *MergedCond = 0;
2228         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2229           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2230           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2231           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2232           Instruction *NotCond =
2233             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2234                                 "not.cond"));
2235           MergedCond =
2236             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2237                                 NotCond, New,
2238                                 "and.cond"));
2239           if (PBI_C->isOne())
2240             MergedCond =
2241               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2242                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2243                                   "or.cond"));
2244         } else {
2245           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2246           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2247           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2248           MergedCond =
2249             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2250                                 PBI->getCondition(), New,
2251                                 "and.cond"));
2252           if (PBI_C->isOne()) {
2253             Instruction *NotCond =
2254               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2255                                   "not.cond"));
2256             MergedCond =
2257               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2258                                   NotCond, MergedCond,
2259                                   "or.cond"));
2260           }
2261         }
2262         // Update PHI Node.
2263         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2264                                   MergedCond);
2265       }
2266       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2267       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2268       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2269       PBI = New_PBI;
2270     }
2271
2272     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2273     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2274
2275     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2276     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2277       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2278         I->clone()->insertBefore(PBI);
2279
2280     return true;
2281   }
2282   return false;
2283 }
2284
2285 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2286 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2287 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2288 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2289 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2290   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2291   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2292
2293   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2294   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2295   // this conditional branch redundant.
2296   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2297       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2298     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2299     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2300     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2301       // Turn this into a branch on constant.
2302       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2303       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2304                                         CondIsTrue));
2305       return true;  // Nuke the branch on constant.
2306     }
2307
2308     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2309     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2310     // simplifycfg will thread the block.
2311     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2312       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2313       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2314                                        std::distance(PB, PE),
2315                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2316                                        BB->begin());
2317       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2318       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2319       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2320       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2321         BasicBlock *P = *PI;
2322         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2323             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2324             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2325             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2326           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2327           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2328                                               CondIsTrue), P);
2329         } else {
2330           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2331         }
2332       }
2333
2334       BI->setCondition(NewPN);
2335       return true;
2336     }
2337   }
2338
2339   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2340   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2341   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2342   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2343   // Ignore dbg intrinsics.
2344   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2345     ++BBI;
2346   if (&*BBI != BI)
2347     return false;
2348
2349
2350   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2351     if (CE->canTrap())
2352       return false;
2353
2354   int PBIOp, BIOp;
2355   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2356     PBIOp = BIOp = 0;
2357   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2358     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2359   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2360     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2361   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2362     PBIOp = BIOp = 1;
2363   else
2364     return false;
2365
2366   // Check to make sure that the other destination of this branch
2367   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2368   // keep getting unwound.
2369   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2370     return false;
2371
2372   // Do not perform this transformation if it would require
2373   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2374   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2375   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2376
2377   unsigned NumPhis = 0;
2378   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2379        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2380     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2381       return false;
2382
2383   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2384   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2385
2386   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2387                << "AND: " << *BI->getParent());
2388
2389
2390   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2391   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2392   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2393   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2394   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2395   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2396   // infinite loop with no cond branch.
2397   if (OtherDest == BB) {
2398     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2399     // or it won't matter if it's hot. :)
2400     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2401                                                   "infloop", BB->getParent());
2402     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2403     OtherDest = InfLoopBlock;
2404   }
2405
2406   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2407
2408   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2409   // it alone, but modify PBI.
2410
2411   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2412   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2413   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2414   if (PBIOp)
2415     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2416
2417   Value *BICond = BI->getCondition();
2418   if (BIOp)
2419     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2420
2421   // Merge the conditions.
2422   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2423
2424   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2425   PBI->setCondition(Cond);
2426   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2427   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2428
2429   // Update branch weight for PBI.
2430   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2431   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2432                                               PredFalseWeight);
2433   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2434                                               SuccFalseWeight);
2435   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2436     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2437     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2438     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2439     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2440     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2441     //                                    PredOther * SuccCommon.
2442     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2443     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2444     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2445                          PredOther * SuccCommon);
2446     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2447     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2448     FitWeights(NewWeights);
2449
2450     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2451     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2452                      MDBuilder(BI->getContext()).
2453                      createBranchWeights(MDWeights));
2454   }
2455
2456   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2457   // block that are identical to the entries for BI's block.
2458   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2459
2460   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2461   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2462   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2463   // them agree.
2464   PHINode *PN;
2465   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2466        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2467     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2468     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2469     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2470     if (BIV != PBIV) {
2471       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2472       Value *NV = cast<SelectInst>
2473         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2474       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2475     }
2476   }
2477
2478   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2479   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2480
2481   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2482   // one fewer predecessor.
2483   return true;
2484 }
2485
2486 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2487 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2488 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2489 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2490 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2491 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2492                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2493                                        uint32_t TrueWeight,
2494                                        uint32_t FalseWeight){
2495   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2496   // First, figure out which successors to preserve.
2497   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2498   // successor.
2499   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2500   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2501
2502   // Then remove the rest.
2503   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2504     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2505     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2506     if (Succ == KeepEdge1)
2507       KeepEdge1 = 0;
2508     else if (Succ == KeepEdge2)
2509       KeepEdge2 = 0;
2510     else
2511       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2512   }
2513
2514   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2515   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2516
2517   // Insert an appropriate new terminator.
2518   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2519     if (TrueBB == FalseBB)
2520       // We were only looking for one successor, and it was present.
2521       // Create an unconditional branch to it.
2522       Builder.CreateBr(TrueBB);
2523     else {
2524       // We found both of the successors we were looking for.
2525       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2526       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2527       if (TrueWeight != FalseWeight)
2528         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2529                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2530                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2531     }
2532   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2533     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2534     // terminator must be unreachable.
2535     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2536   } else {
2537     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2538     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2539     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2540     if (KeepEdge1 == 0)
2541       // Only TrueBB was found.
2542       Builder.CreateBr(TrueBB);
2543     else
2544       // Only FalseBB was found.
2545       Builder.CreateBr(FalseBB);
2546   }
2547
2548   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2549   return true;
2550 }
2551
2552 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2553 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2554 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2555 // unconditional otherwise.
2556 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2557   // Check for constant integer values in the select.
2558   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2559   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2560   if (!TrueVal || !FalseVal)
2561     return false;
2562
2563   // Find the relevant condition and destinations.
2564   Value *Condition = Select->getCondition();
2565   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2566   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2567
2568   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2569   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2570   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2571   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2572   if (HasWeights) {
2573     GetBranchWeights(SI, Weights);
2574     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2575       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2576                                      getSuccessorIndex()];
2577       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2578                                       getSuccessorIndex()];
2579     }
2580   }
2581
2582   // Perform the actual simplification.
2583   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2584                                     TrueWeight, FalseWeight);
2585 }
2586
2587 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2588 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2589 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2590 // with
2591 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2592 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2593   // Check that both operands of the select are block addresses.
2594   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2595   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2596   if (!TBA || !FBA)
2597     return false;
2598
2599   // Extract the actual blocks.
2600   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2601   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2602
2603   // Perform the actual simplification.
2604   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2605                                     0, 0);
2606 }
2607
2608 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2609 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2610 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2611 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2612 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2613 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2614 /// like:
2615 ///
2616 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2617 /// DEFAULT:
2618 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2619 ///   br label %end
2620 /// end:
2621 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2622 ///
2623 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2624 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2625 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2626     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2627     const DataLayout *DL) {
2628   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2629
2630   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2631   // complex.
2632   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2633
2634   Value *V = ICI->getOperand(0);
2635   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2636
2637   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2638   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2639   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2640   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2641   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2642
2643   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2644   if (SI->getCondition() != V)
2645     return false;
2646
2647   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2648   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2649   // away.
2650   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2651     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2652     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2653     ICI->setOperand(0, VVal);
2654
2655     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
2656       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2657       ICI->eraseFromParent();
2658     }
2659     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2660     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
2661   }
2662
2663   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2664   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2665   // and zap it.
2666   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2667     Value *V;
2668     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2669       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2670     else
2671       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2672
2673     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2674     ICI->eraseFromParent();
2675     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2676     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
2677   }
2678
2679   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2680   // the block.
2681   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2682   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
2683   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2684       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2685     return false;
2686
2687   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2688   // true in the PHI.
2689   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2690   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2691
2692   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2693     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2694
2695   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2696   // false depending on if it is EQ or NE.
2697   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2698   ICI->eraseFromParent();
2699
2700   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2701   // the switch to the merge point on the compared value.
2702   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2703                                          BB->getParent(), BB);
2704   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2705   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2706   if (HasWeights) {
2707     GetBranchWeights(SI, Weights);
2708     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2709       // Split weight for default case to case for "Cst".
2710       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2711       Weights.push_back(Weights[0]);
2712
2713       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2714       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2715                       MDBuilder(SI->getContext()).
2716                       createBranchWeights(MDWeights));
2717     }
2718   }
2719   SI->addCase(Cst, NewBB);
2720
2721   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2722   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2723   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2724   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2725   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2726   return true;
2727 }
2728
2729 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2730 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2731 /// fold it into a switch instruction if so.
2732 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2733                                       IRBuilder<> &Builder) {
2734   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2735   if (Cond == 0) return false;
2736
2737
2738   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2739   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2740   // 'setne's and'ed together, collect them.
2741   Value *CompVal = 0;
2742   std::vector<ConstantInt*> Values;
2743   bool TrueWhenEqual = true;
2744   Value *ExtraCase = 0;
2745   unsigned UsedICmps = 0;
2746
2747   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2748     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, DL, true,
2749                                      UsedICmps);
2750   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2751     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, DL, false,
2752                                      UsedICmps);
2753     TrueWhenEqual = false;
2754   }
2755
2756   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2757   if (CompVal == 0) return false;
2758
2759   // Avoid turning single icmps into a switch.
2760   if (UsedICmps <= 1)
2761     return false;
2762
2763   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2764   // instruction can't handle, remove them now.
2765   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2766   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2767
2768   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2769   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2770   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2771
2772   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2773   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2774
2775   // Figure out which block is which destination.
2776   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2777   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2778   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2779
2780   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2781
2782   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2783                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2784
2785   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2786   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2787   // right before the condbr to handle it.
2788   if (ExtraCase) {
2789     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2790     // Remove the uncond branch added to the old block.
2791     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2792     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2793
2794     if (TrueWhenEqual)
2795       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2796     else
2797       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2798
2799     OldTI->eraseFromParent();
2800
2801     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2802     // for the edge we just added.
2803     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2804
2805     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2806           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2807     BB = NewBB;
2808   }
2809
2810   Builder.SetInsertPoint(BI);
2811   // Convert pointer to int before we switch.
2812   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2813     assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2814     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2815                                      DL->getIntPtrType(CompVal->getType()),
2816                                      "magicptr");
2817   }
2818
2819   // Create the new switch instruction now.
2820   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2821
2822   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2823   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2824     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2825
2826   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2827   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2828   // the number of edges added.
2829   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2830        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2831     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2832     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2833     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2834       PN->addIncoming(InVal, BB);
2835   }
2836
2837   // Erase the old branch instruction.
2838   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2839
2840   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2841   return true;
2842 }
2843
2844 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2845   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2846   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2847   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2848   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2849   if (RI->getValue() != LPInst)
2850     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2851     // caused control to branch here.
2852     return false;
2853
2854   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2855   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2856   while (++I != E)
2857     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2858       return false;
2859
2860   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2861   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2862   bool Changed = false;
2863   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2864     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2865
2866     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2867       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2868       // the table.
2869       InvokeRequiresTableEntry = true;
2870       continue;
2871     }
2872
2873     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2874
2875     // Insert a call instruction before the invoke.
2876     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2877     Call->takeName(II);
2878     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2879     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2880     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2881
2882     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2883     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2884     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2885     // updated.
2886     II->replaceAllUsesWith(Call);
2887     BB->removePredecessor(II->getParent());
2888
2889     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2890     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2891
2892     // Finally, delete the invoke instruction!
2893     II->eraseFromParent();
2894     Changed = true;
2895   }
2896
2897   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2898     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2899     BB->eraseFromParent();
2900
2901   return Changed;
2902 }
2903
2904 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2905   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2906   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2907
2908   // Find predecessors that end with branches.
2909   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2910   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2911   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2912     BasicBlock *P = *PI;
2913     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2914     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2915       if (BI->isUnconditional())
2916         UncondBranchPreds.push_back(P);
2917       else
2918         CondBranchPreds.push_back(BI);
2919     }
2920   }
2921
2922   // If we found some, do the transformation!
2923   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2924     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2925       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2926       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2927             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2928       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2929     }
2930
2931     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2932     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2933       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2934       BB->eraseFromParent();
2935
2936     return true;
2937   }
2938
2939   // Check out all of the conditional branches going to this return
2940   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2941   // branch itself into a select/return pair.
2942   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2943     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2944
2945     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2946     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2947         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2948         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2949       return true;
2950   }
2951   return false;
2952 }
2953
2954 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2955   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2956
2957   bool Changed = false;
2958
2959   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2960   // be removed, do so.
2961   while (UI != BB->begin()) {
2962     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2963     --BBI;
2964     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2965     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2966     // operations may have this effect.
2967     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2968
2969     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2970       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2971         if (SI->isVolatile())
2972           break;
2973       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2974         if (LI->isVolatile())
2975           break;
2976       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2977         if (RMWI->isVolatile())
2978           break;
2979       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2980         if (CXI->isVolatile())
2981           break;
2982       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2983                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2984         break;
2985       }
2986       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2987       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2988       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2989       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2990     }
2991
2992     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2993     if (!BBI->use_empty())
2994       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2995     BBI->eraseFromParent();
2996     Changed = true;
2997   }
2998
2999   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3000   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3001   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3002
3003   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3004   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3005     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3006     IRBuilder<> Builder(TI);
3007     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3008       if (BI->isUnconditional()) {
3009         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3010           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3011           TI->eraseFromParent();
3012           Changed = true;
3013         }
3014       } else {
3015         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3016           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3017           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3018         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3019           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3020           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3021           Changed = true;
3022         }
3023       }
3024     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3025       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3026            i != e; ++i)
3027         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3028           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3029           SI->removeCase(i);
3030           --i; --e;
3031           Changed = true;
3032         }
3033       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3034       // destination and make it the default.
3035       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3036         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3037         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3038              i != e; ++i) {
3039           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3040               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3041           if (entry.first == 0) {
3042             entry.first = 1;
3043             entry.second = i.getCaseIndex();
3044           } else {
3045             entry.first++;
3046           }
3047         }
3048
3049         // Find the most popular block.
3050         unsigned MaxPop = 0;
3051         unsigned MaxIndex = 0;
3052         BasicBlock *MaxBlock = 0;
3053         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3054              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3055           if (I->second.first > MaxPop ||
3056               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3057             MaxPop = I->second.first;
3058             MaxIndex = I->second.second;
3059             MaxBlock = I->first;
3060           }
3061         }
3062         if (MaxBlock) {
3063           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3064           // edges to it.
3065           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3066           Changed = true;
3067
3068           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3069           // it.
3070           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3071             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3072               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3073
3074           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3075                i != e; ++i)
3076             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3077               SI->removeCase(i);
3078               --i; --e;
3079             }
3080         }
3081       }
3082     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3083       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3084         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3085         // place to note that the call does not throw though.
3086         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3087         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3088
3089         // Insert the call now...
3090         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3091         Builder.SetInsertPoint(BI);
3092         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3093                                           Args, II->getName());
3094         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3095         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3096         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3097         II->replaceAllUsesWith(CI);
3098         delete II;
3099         Changed = true;
3100       }
3101     }
3102   }
3103
3104   // If this block is now dead, remove it.
3105   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3106       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3107     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3108     BB->eraseFromParent();
3109     return true;
3110   }
3111
3112   return Changed;
3113 }
3114
3115 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3116 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3117 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3118   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3119
3120   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3121   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3122   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3123   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3124   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3125   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3126     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3127       return false;
3128     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3129   }
3130   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3131
3132   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3133   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3134   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3135     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3136       return false;
3137   }
3138
3139   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3140   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3141
3142   Value *Sub = SI->getCondition();
3143   if (!Offset->isNullValue())
3144     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3145   Value *Cmp;
3146   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3147   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3148     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3149   else
3150     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3151   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3152       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3153
3154   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3155   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3156   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3157   if (HasWeights) {
3158     GetBranchWeights(SI, Weights);
3159     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3160       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3161       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3162       // bits.
3163       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3164       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3165         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3166       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3167                          MDBuilder(SI->getContext()).
3168                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3169                                              (uint32_t)Weights[0]));
3170     }
3171   }
3172
3173   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3174   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3175        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3176     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3177       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3178   }
3179   SI->eraseFromParent();
3180
3181   return true;
3182 }
3183
3184 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3185 /// and use it to remove dead cases.
3186 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3187   Value *Cond = SI->getCondition();
3188   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3189   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3190   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3191
3192   // Gather dead cases.
3193   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3194   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3195     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3196         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3197       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3198       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3199                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3200     }
3201   }
3202
3203   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3204   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3205   if (HasWeight) {
3206     GetBranchWeights(SI, Weights);
3207     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3208   }
3209
3210   // Remove dead cases from the switch.
3211   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3212     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3213     assert(Case != SI->case_default() &&
3214            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3215     if (HasWeight) {
3216       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3217       Weights.pop_back();
3218     }
3219
3220     // Prune unused values from PHI nodes.
3221     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3222     SI->removeCase(Case);
3223   }
3224   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3225     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3226     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3227                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3228                     createBranchWeights(MDWeights));
3229   }
3230
3231   return !DeadCases.empty();
3232 }
3233
3234 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3235 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3236 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3237 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3238 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3239 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3240                                               BasicBlock *BB,
3241                                               int *PhiIndex) {
3242   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3243     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3244   if (!BB->getSinglePredecessor())
3245     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3246
3247   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3248   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3249     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3250
3251   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3252
3253   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3254   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3255     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3256     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3257
3258     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3259     if (InValue != CaseValue) continue;
3260
3261     *PhiIndex = Idx;
3262     return PHI;
3263   }
3264
3265   return NULL;
3266 }
3267
3268 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3269 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3270 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3271 /// Returns true if a change is made.
3272 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3273   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3274   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3275
3276   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3277     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3278     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3279
3280     int PhiIndex;
3281     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3282                                                  &PhiIndex);
3283     if (!PHI) continue;
3284
3285     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3286   }
3287
3288   bool Changed = false;
3289
3290   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3291        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3292     PHINode *Phi = I->first;
3293     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3294
3295     if (Indexes.size() < 2) continue;
3296
3297     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3298       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3299     Changed = true;
3300   }
3301
3302   return Changed;
3303 }
3304
3305 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3306 /// initializing an array of constants like C.
3307 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3308   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3309     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3310
3311   return isa<ConstantFP>(C) ||
3312       isa<ConstantInt>(C) ||
3313       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3314       isa<GlobalValue>(C) ||
3315       isa<UndefValue>(C);
3316 }
3317
3318 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3319 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3320 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3321                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3322   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3323     return C;
3324   return ConstantPool.lookup(V);
3325 }
3326
3327 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3328 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3329 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3330 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3331 static Constant *
3332 ConstantFold(Instruction *I,
3333              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool,
3334              const DataLayout *DL) {
3335   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3336     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3337     if (!A)
3338       return 0;
3339     if (A->isAllOnesValue())
3340       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3341     if (A->isNullValue())
3342       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3343     return 0;
3344   }
3345
3346   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3347   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3348     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3349       COps.push_back(A);
3350     else
3351       return 0;
3352   }
3353
3354   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I))
3355     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3356                                            COps[1], DL);
3357
3358   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3359 }
3360
3361 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3362 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3363 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3364 /// case), of a switch instruction SI.
3365 static bool
3366 GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3367                ConstantInt *CaseVal,
3368                BasicBlock *CaseDest,
3369                BasicBlock **CommonDest,
3370                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *> > &Res,
3371                const DataLayout *DL) {
3372   // The block from which we enter the common destination.
3373   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3374
3375   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3376   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3377   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3378   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3379   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3380        ++I) {
3381     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3382       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3383       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3384         return false;
3385       Pred = CaseDest;
3386       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3387     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3388       // Skip debug intrinsic.
3389       continue;
3390     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool, DL)) {
3391       // Instruction is side-effect free and constant.
3392       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3393     } else {
3394       break;
3395     }
3396   }
3397
3398   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3399   if (!*CommonDest)
3400     *CommonDest = CaseDest;
3401   // If the destination isn't the common one, abort.
3402   if (CaseDest != *CommonDest)
3403     return false;
3404
3405   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3406   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3407   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3408     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3409     if (Idx == -1)
3410       continue;
3411
3412     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3413                                         ConstantPool);
3414     if (!ConstVal)
3415       return false;
3416
3417     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3418     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3419     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3420     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3421     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3422
3423     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3424     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3425       return false;
3426
3427     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3428   }
3429
3430   return Res.size() > 0;
3431 }
3432
3433 namespace {
3434   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3435   /// to replace a switch.
3436   class SwitchLookupTable {
3437   public:
3438     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3439     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3440     /// table.
3441     SwitchLookupTable(Module &M,
3442                       uint64_t TableSize,
3443                       ConstantInt *Offset,
3444              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3445                       Constant *DefaultValue,
3446                       const DataLayout *DL);
3447
3448     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3449     /// the position given by Index in the lookup table.
3450     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3451
3452     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3453     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3454     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3455                                    uint64_t TableSize,
3456                                    const Type *ElementType);
3457
3458   private:
3459     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3460     // different ways.
3461     enum {
3462       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3463       // store that single value and return it for each lookup.
3464       SingleValueKind,
3465
3466       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3467       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3468       // shift and mask operations.
3469       BitMapKind,
3470
3471       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3472       // instructions from the table.
3473       ArrayKind
3474     } Kind;
3475
3476     // For SingleValueKind, this is the single value.
3477     Constant *SingleValue;
3478
3479     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3480     ConstantInt *BitMap;
3481     IntegerType *BitMapElementTy;
3482
3483     // For ArrayKind, this is the array.
3484     GlobalVariable *Array;
3485   };
3486 }
3487
3488 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3489                                      uint64_t TableSize,
3490                                      ConstantInt *Offset,
3491              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3492                                      Constant *DefaultValue,
3493                                      const DataLayout *DL)
3494     : SingleValue(0), BitMap(0), BitMapElementTy(0), Array(0) {
3495   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3496   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3497
3498   // If all values in the table are equal, this is that value.
3499   SingleValue = Values.begin()->second;
3500
3501   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
3502
3503   // Build up the table contents.
3504   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3505   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3506     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3507     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3508     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
3509
3510     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3511                    .getLimitedValue();
3512     TableContents[Idx] = CaseRes;
3513
3514     if (CaseRes != SingleValue)
3515       SingleValue = 0;
3516   }
3517
3518   // Fill in any holes in the table with the default result.
3519   if (Values.size() < TableSize) {
3520     assert(DefaultValue && "Need a default value to fill the lookup table holes.");
3521     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
3522     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3523       if (!TableContents[I])
3524         TableContents[I] = DefaultValue;
3525     }
3526
3527     if (DefaultValue != SingleValue)
3528       SingleValue = 0;
3529   }
3530
3531   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3532   // that single value.
3533   if (SingleValue) {
3534     Kind = SingleValueKind;
3535     return;
3536   }
3537
3538   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3539   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
3540     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
3541     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3542     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3543       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3544       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3545       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3546         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3547         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3548       }
3549     }
3550     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3551     BitMapElementTy = IT;
3552     Kind = BitMapKind;
3553     ++NumBitMaps;
3554     return;
3555   }
3556
3557   // Store the table in an array.
3558   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
3559   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3560
3561   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3562                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3563                              Initializer,
3564                              "switch.table");
3565   Array->setUnnamedAddr(true);
3566   Kind = ArrayKind;
3567 }
3568
3569 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3570   switch (Kind) {
3571     case SingleValueKind:
3572       return SingleValue;
3573     case BitMapKind: {
3574       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3575       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3576
3577       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3578       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3579       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3580       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3581
3582       // Multiply the shift amount by the element width.
3583       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3584                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3585                                    "switch.shiftamt");
3586
3587       // Shift down.
3588       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3589                                               "switch.downshift");
3590       // Mask off.
3591       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3592                                  "switch.masked");
3593     }
3594     case ArrayKind: {
3595       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3596       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3597                                              "switch.gep");
3598       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3599     }
3600   }
3601   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3602 }
3603
3604 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3605                                            uint64_t TableSize,
3606                                            const Type *ElementType) {
3607   if (!DL)
3608     return false;
3609   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3610   if (!IT)
3611     return false;
3612   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3613   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3614
3615   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3616   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3617     return false;
3618   return DL->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3619 }
3620
3621 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3622 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3623 /// types of the results.
3624 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3625                                    uint64_t TableSize,
3626                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3627                                    const DataLayout *DL,
3628                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3629   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3630     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3631
3632   bool AllTablesFitInRegister = true;
3633   bool HasIllegalType = false;
3634   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3635        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3636     Type *Ty = I->second;
3637
3638     // Saturate this flag to true.
3639     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3640
3641     // Saturate this flag to false.
3642     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3643       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
3644
3645     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3646     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3647     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3648     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3649       break;
3650   }
3651
3652   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3653   if (AllTablesFitInRegister)
3654     return true;
3655
3656   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3657   if (HasIllegalType)
3658     return false;
3659
3660   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3661   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3662   // FIXME: Find the best cut-off.
3663   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3664 }
3665
3666 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3667 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3668 /// replace the switch with lookup tables.
3669 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3670                                 IRBuilder<> &Builder,
3671                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3672                                 const DataLayout* DL) {
3673   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3674
3675   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3676   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3677     return false;
3678
3679   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3680   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3681
3682   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3683   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3684   // string and lookup indices into that.
3685
3686   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
3687   // faster, so we don't analyze them.
3688   if (SI->getNumCases() < 3)
3689     return false;
3690
3691   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3692   // common destination, as well as the the min and max case values.
3693   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3694   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3695   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3696   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3697
3698   BasicBlock *CommonDest = 0;
3699   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3700   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3701   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3702   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3703   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3704
3705   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3706     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3707     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3708       MinCaseVal = CaseVal;
3709     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3710       MaxCaseVal = CaseVal;
3711
3712     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3713     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3714     ResultsTy Results;
3715     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3716                         Results, DL))
3717       return false;
3718
3719     // Append the result from this case to the list for each phi.
3720     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3721       if (!ResultLists.count(I->first))
3722         PHIs.push_back(I->first);
3723       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3724     }
3725   }
3726
3727   // Keep track of the result types.
3728   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3729     PHINode *PHI = PHIs[I];
3730     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
3731   }
3732
3733   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
3734   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3735   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3736   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
3737
3738   // If the table has holes, we need a constant result for the default case.
3739   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3740   if (TableHasHoles && !GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3741                                        DefaultResultsList, DL))
3742     return false;
3743
3744   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3745     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3746     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3747     DefaultResults[PHI] = Result;
3748   }
3749
3750   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
3751     return false;
3752
3753   // Create the BB that does the lookups.
3754   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3755   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3756                                             "switch.lookup",
3757                                             CommonDest->getParent(),
3758                                             CommonDest);
3759
3760   // Compute the table index value.
3761   Builder.SetInsertPoint(SI);
3762   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3763                                         "switch.tableidx");
3764
3765   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
3766   // switching upon.
3767   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
3768   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
3769   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
3770          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
3771          "representable value of its input integer type's size.");
3772
3773   // If we have a fully covered lookup table, unconditionally branch to the
3774   // lookup table BB. Otherwise, check if the condition value is within the case
3775   // range. If it is so, branch to the new BB. Otherwise branch to SI's default
3776   // destination.
3777   const bool GeneratingCoveredLookupTable = MaxTableSize == TableSize;
3778   if (GeneratingCoveredLookupTable) {
3779     Builder.CreateBr(LookupBB);
3780     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent());
3781   } else {
3782     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3783                                          MinCaseVal->getType(), TableSize));
3784     Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3785   }
3786
3787   // Populate the BB that does the lookups.
3788   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3789   bool ReturnedEarly = false;
3790   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3791     PHINode *PHI = PHIs[I];
3792
3793     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3794                             DefaultResults[PHI], DL);
3795
3796     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3797
3798     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3799     // do that right here.
3800     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
3801         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3802       Builder.CreateRet(Result);
3803       ReturnedEarly = true;
3804       break;
3805     }
3806
3807     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3808   }
3809
3810   if (!ReturnedEarly)
3811     Builder.CreateBr(CommonDest);
3812
3813   // Remove the switch.
3814   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3815     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3816
3817     if (Succ == SI->getDefaultDest())
3818       continue;
3819     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3820   }
3821   SI->eraseFromParent();
3822
3823   ++NumLookupTables;
3824   return true;
3825 }
3826
3827 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3828   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3829
3830   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3831     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3832     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3833     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3834       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3835         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3836
3837     Value *Cond = SI->getCondition();
3838     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3839       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3840         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3841
3842     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3843     // away into any preds.
3844     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3845     // Ignore dbg intrinsics.
3846     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3847       ++BBI;
3848     if (SI == &*BBI)
3849       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3850         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3851   }
3852
3853   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3854   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3855     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3856
3857   // Remove unreachable cases.
3858   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3859     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3860
3861   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3862     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3863
3864   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, DL))
3865     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3866
3867   return false;
3868 }
3869
3870 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3871   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3872   bool Changed = false;
3873
3874   // Eliminate redundant destinations.
3875   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3876   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3877     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3878     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3879       Dest->removePredecessor(BB);
3880       IBI->removeDestination(i);
3881       --i; --e;
3882       Changed = true;
3883     }
3884   }
3885
3886   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3887     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3888     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3889     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3890     return true;
3891   }
3892
3893   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3894     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3895     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3896     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3897     return true;
3898   }
3899
3900   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3901     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3902       return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3903   }
3904   return Changed;
3905 }
3906
3907 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3908   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3909
3910   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3911     return true;
3912
3913   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3914   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3915   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3916       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3917     return true;
3918
3919   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3920   // against a constant, try to simplify the block.
3921   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3922     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3923       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3924         ;
3925       if (I->isTerminator() &&
3926           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, DL))
3927         return true;
3928     }
3929
3930   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3931   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3932   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3933   // for PHI nodes in common successor.
3934   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3935     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3936   return false;
3937 }
3938
3939
3940 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3941   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3942
3943   // Conditional branch
3944   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3945     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3946     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3947     // switch.
3948     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3949       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3950         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3951
3952     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3953     // Ignore dbg intrinsics.
3954     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3955     // Ignore dbg intrinsics.
3956     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3957       ++I;
3958     if (&*I == BI) {
3959       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3960         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3961     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3962       ++I;
3963       // Ignore dbg intrinsics.
3964       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3965         ++I;
3966       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3967         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3968     }
3969   }
3970
3971   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3972   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, DL, Builder))
3973     return true;
3974
3975   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3976   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3977   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3978   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3979     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3980
3981   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3982   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3983   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3984   // can hoist it up to the branching block.
3985   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3986     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3987       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3988         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3989     } else {
3990       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3991       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3992       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3993       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3994           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3995         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
3996           return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3997     }
3998   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3999     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4000     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
4001     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4002     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4003         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4004       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
4005         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4006   }
4007
4008   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4009   // through this block if any PHI node entries are constants.
4010   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4011     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4012       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4013         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4014
4015   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4016   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4017     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4018       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4019         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4020           return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4021
4022   return false;
4023 }
4024
4025 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4026 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4027   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4028   if (!C)
4029     return false;
4030
4031   if (I->use_empty())
4032     return false;
4033
4034   if (C->isNullValue()) {
4035     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4036     User *Use = *I->user_begin();
4037
4038     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4039     // control flow (eg. calls)
4040     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4041       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4042         return false;
4043
4044     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4045     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4046       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4047         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4048
4049     // Look through bitcasts.
4050     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4051       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4052
4053     // Load from null is undefined.
4054     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4055       if (!LI->isVolatile())
4056         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4057
4058     // Store to null is undefined.
4059     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4060       if (!SI->isVolatile())
4061         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4062   }
4063   return false;
4064 }
4065
4066 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4067 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4068 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4069   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4070        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4071     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4072       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4073         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4074         IRBuilder<> Builder(T);
4075         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4076           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4077           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4078           // destination from conditional branches.
4079           if (BI->isUnconditional())
4080             Builder.CreateUnreachable();
4081           else
4082             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4083                                                          BI->getSuccessor(0));
4084           BI->eraseFromParent();
4085           return true;
4086         }
4087         // TODO: SwitchInst.
4088       }
4089
4090   return false;
4091 }
4092
4093 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4094   bool Changed = false;
4095
4096   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4097   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4098
4099   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4100   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4101   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4102        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4103       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4104     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4105     DeleteDeadBlock(BB);
4106     return true;
4107   }
4108
4109   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4110   // away...
4111   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4112
4113   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4114   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4115
4116   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4117   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4118
4119   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4120   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4121   // if there are no PHI nodes.
4122   //
4123   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4124     return true;
4125
4126   IRBuilder<> Builder(BB);
4127
4128   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4129   // eliminate it, do so now.
4130   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4131     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4132       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, DL);
4133
4134   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4135   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4136     if (BI->isUnconditional()) {
4137       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4138     } else {
4139       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4140     }
4141   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4142     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4143   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4144     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4145   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4146     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4147   } else if (UnreachableInst *UI =
4148                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4149     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4150   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4151                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4152     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4153   }
4154
4155   return Changed;
4156 }
4157
4158 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4159 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4160 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4161 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4162 ///
4163 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4164                        const DataLayout *DL) {
4165   return SimplifyCFGOpt(TTI, DL).run(BB);
4166 }