SimplifyCFG: Refactor GatherConstantCompares() result in a struct
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
17 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/CFG.h"
26 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Constants.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
30 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
31 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Metadata.h"
37 #include "llvm/IR/Module.h"
38 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
41 #include "llvm/IR/Type.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
47 #include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
48 #include <algorithm>
49 #include <map>
50 #include <set>
51 using namespace llvm;
52 using namespace PatternMatch;
53
54 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
55
56 static cl::opt<unsigned>
57 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
58    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
59
60 static cl::opt<bool>
61 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
62        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
63
64 static cl::opt<bool>
65 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
66        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
67
68 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
69     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
70     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
71
72 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
73 STATISTIC(NumLinearMaps, "Number of switch instructions turned into linear mapping");
74 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
75 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
76 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
77 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
78
79 namespace {
80   // The first field contains the value that the switch produces when a certain
81   // case group is selected, and the second field is a vector containing the cases
82   // composing the case group.
83   typedef SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>
84     SwitchCaseResultVectorTy;
85   // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
86   // and the second field contains the value generated for a certain case in the switch
87   // for that PHI.
88   typedef SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> SwitchCaseResultsTy;
89
90   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
91   struct ValueEqualityComparisonCase {
92     ConstantInt *Value;
93     BasicBlock *Dest;
94
95     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
96       : Value(Value), Dest(Dest) {}
97
98     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
99       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
100       return Value < RHS.Value;
101     }
102
103     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
104   };
105
106 class SimplifyCFGOpt {
107   const TargetTransformInfo &TTI;
108   unsigned BonusInstThreshold;
109   const DataLayout *const DL;
110   AssumptionTracker *AT;
111   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
112   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
113                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
114   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
115                                                      BasicBlock *Pred,
116                                                      IRBuilder<> &Builder);
117   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
118                                            IRBuilder<> &Builder);
119
120   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
121   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
122   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
123   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
124   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
125   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
126   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
127
128 public:
129   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, unsigned BonusInstThreshold,
130                  const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT)
131       : TTI(TTI), BonusInstThreshold(BonusInstThreshold), DL(DL), AT(AT) {}
132   bool run(BasicBlock *BB);
133 };
134 }
135
136 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
137 /// terminator instructions together.
138 ///
139 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
140   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
141
142   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
143   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
144   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
145   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
146   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
147   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
148
149   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
150     if (SI1Succs.count(*I))
151       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
152            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
153         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
154         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
155             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
156           return false;
157       }
158
159   return true;
160 }
161
162 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
163 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
164 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
165 /// successors.
166 ///
167 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
168                                           BranchInst *SI2,
169                                           Instruction *Cond,
170                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
171   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
172   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
173
174   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
175   // common successors:
176   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
177   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
178   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
179   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
180   if (!Ci2) return false;
181   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
182         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
183       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
184         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
185     return false;
186
187   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
188   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
189   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
190   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
191     if (SI1Succs.count(*I))
192       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
193            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
194         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
195         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
196             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
197           return false;
198         PhiNodes.push_back(PN);
199       }
200   return true;
201 }
202
203 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
204 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
205 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
206 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
207 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
208                                   BasicBlock *ExistPred) {
209   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
210
211   PHINode *PN;
212   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
213        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
214     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
215 }
216
217 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
218 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
219 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
220 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I, const DataLayout *DL) {
221   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
222          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
223   switch (Operator::getOpcode(I)) {
224   default:
225     // In doubt, be conservative.
226     return UINT_MAX;
227   case Instruction::GetElementPtr:
228     // GEPs are cheap if all indices are constant.
229     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
230       return UINT_MAX;
231     return 1;
232   case Instruction::ExtractValue:
233   case Instruction::Load:
234   case Instruction::Add:
235   case Instruction::Sub:
236   case Instruction::And:
237   case Instruction::Or:
238   case Instruction::Xor:
239   case Instruction::Shl:
240   case Instruction::LShr:
241   case Instruction::AShr:
242   case Instruction::ICmp:
243   case Instruction::Trunc:
244   case Instruction::ZExt:
245   case Instruction::SExt:
246   case Instruction::BitCast:
247   case Instruction::ExtractElement:
248   case Instruction::InsertElement:
249     return 1; // These are all cheap.
250
251   case Instruction::Call:
252   case Instruction::Select:
253     return 2;
254   }
255 }
256
257 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
258 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
259 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
260 /// which works well enough for us.
261 ///
262 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
263 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
264 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
265 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
266 /// set and true is returned.
267 ///
268 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
269 /// Select whose cost is 2.
270 ///
271 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
272 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
273 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
274 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
275                                 SmallPtrSetImpl<Instruction*> *AggressiveInsts,
276                                 unsigned &CostRemaining,
277                                 const DataLayout *DL) {
278   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
279   if (!I) {
280     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
281     // can be executed unconditionally.
282     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
283       if (C->canTrap())
284         return false;
285     return true;
286   }
287   BasicBlock *PBB = I->getParent();
288
289   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
290   // the bottom of this block.
291   if (PBB == BB) return false;
292
293   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
294   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
295   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
296   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
297   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
298     return true;
299
300   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
301   // instructions in the 'if region'.
302   if (!AggressiveInsts) return false;
303
304   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
305   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
306
307   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
308   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
309   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
310   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
311     return false;
312
313   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, DL);
314
315   if (Cost > CostRemaining)
316     return false;
317
318   CostRemaining -= Cost;
319
320   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
321   // not take us over the cost threshold.
322   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
323     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, DL))
324       return false;
325   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
326   AggressiveInsts->insert(I);
327   return true;
328 }
329
330 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
331 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
332 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *DL) {
333   // Normal constant int.
334   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
335   if (CI || !DL || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
336     return CI;
337
338   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
339   // ConstantInt if possible.
340   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL->getIntPtrType(V->getType()));
341
342   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
343   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
344     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
345
346   // IntToPtr const int.
347   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
348     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
349       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
350         // The constant is very likely to have the right type already.
351         if (CI->getType() == PtrTy)
352           return CI;
353         else
354           return cast<ConstantInt>
355             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
356       }
357   return nullptr;
358 }
359
360 namespace {
361
362 /// Given a chain of or (||) or and (&&) comparison of a value against a
363 /// constant, this will try to recover the information required for a switch
364 /// structure.
365 /// It will depth-first traverse the chain of comparison, seeking for patterns
366 /// like %a == 12 or %a < 4 and combine them to produce a set of integer
367 /// representing the different cases for the switch.
368 /// Note that if the chain is composed of '||' it will build the set of elements
369 /// that matches the comparisons (i.e. any of this value validate the chain)
370 /// while for a chain of '&&' it will build the set elements that make the test
371 /// fail.
372 struct ConstantComparesGatherer {
373
374   Value *CompValue; /// Value found for the switch comparison
375   Value *Extra;     /// Extra clause to be checked before the switch
376   SmallVector<ConstantInt *, 8> Vals; /// Set of integers to match in switch
377   unsigned UsedICmps; /// Number of comparisons matched in the and/or chain
378
379   /// Construct and compute the result for the comparison instruction Cond
380   ConstantComparesGatherer(Instruction *Cond, const DataLayout *DL)
381       : CompValue(nullptr), Extra(nullptr), UsedICmps(0) {
382     gather(Cond, DL);
383   }
384
385   /// Prevent copy
386   ConstantComparesGatherer(const ConstantComparesGatherer &)
387       LLVM_DELETED_FUNCTION;
388   ConstantComparesGatherer &
389   operator=(const ConstantComparesGatherer &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
390
391 private:
392
393   /// Try to set the current value used for the comparison, it succeeds only if
394   /// it wasn't set before or if the new value is the same as the old one
395   bool setValueOnce(Value *NewVal) {
396     if(CompValue && CompValue != NewVal) return false;
397     CompValue = NewVal;
398     return (CompValue != nullptr);
399   }
400
401   /// Try to match Instruction "I" as a comparison against a constant and
402   /// populates the array Vals with the set of values that match (or do not
403   /// match depending on isEQ).
404   /// Return false on failure. On success, the Value the comparison matched
405   /// against is placed in CompValue.
406   /// If CompValue is already set, the function is expected to fail if a match
407   /// is found but the value compared to is different.
408   bool matchInstruction(Instruction *I, const DataLayout *DL, bool isEQ) {
409     // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
410     ICmpInst *ICI;
411     ConstantInt *C;
412     if (!((ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) &&
413              (C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)))) {
414       return false;
415     }
416
417     Value *RHSVal;
418     ConstantInt *RHSC;
419
420     // Pattern match a special case
421     // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
422     // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
423     if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
424       if (match(ICI->getOperand(0),
425                 m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
426         APInt Not = ~RHSC->getValue();
427         if (Not.isPowerOf2()) {
428           // If we already have a value for the switch, it has to match!
429           if(!setValueOnce(RHSVal))
430             return false;
431
432           Vals.push_back(C);
433           Vals.push_back(ConstantInt::get(C->getContext(),
434                                           C->getValue() | Not));
435           UsedICmps++;
436           return true;
437         }
438       }
439
440       // If we already have a value for the switch, it has to match!
441       if(!setValueOnce(ICI->getOperand(0)))
442         return false;
443
444       UsedICmps++;
445       Vals.push_back(C);
446       return ICI->getOperand(0);
447     }
448
449     // If we have "x ult 3", for example, then we can add 0,1,2 to the set.
450     ConstantRange Span = ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(),
451                                                        C->getValue());
452
453     // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
454     // compare idiom as emitted by instcombine.
455     Value *CandidateVal = I->getOperand(0);
456     if(match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
457       Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
458       CandidateVal = RHSVal;
459     }
460
461     // If this is an and/!= check, then we are looking to build the set of
462     // value that *don't* pass the and chain. I.e. to turn "x ugt 2" into
463     // x != 0 && x != 1.
464     if (!isEQ)
465       Span = Span.inverse();
466
467     // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
468     if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet()) {
469       return false;
470     }
471
472     // If we already have a value for the switch, it has to match!
473     if(!setValueOnce(CandidateVal))
474       return false;
475
476     // Add all values from the range to the set
477     for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
478       Vals.push_back(ConstantInt::get(I->getContext(), Tmp));
479
480     UsedICmps++;
481     return true;
482
483   }
484
485   /// gather - Given a potentially 'or'd or 'and'd together collection of icmp
486   /// eq/ne/lt/gt instructions that compare a value against a constant, extract
487   /// the value being compared, and stick the list constants into the Vals
488   /// vector.
489   /// One "Extra" case is allowed to differ from the other.
490   void gather(Value *V, const DataLayout *DL) {
491     Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
492     bool isEQ = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
493
494     // Keep a stack (SmallVector for efficiency) for depth-first traversal
495     SmallVector<Value *, 8> DFT;
496
497     // Initialize
498     DFT.push_back(V);
499
500     while(!DFT.empty()) {
501       V = DFT.pop_back_val();
502
503       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
504         // If it is a || (or && depending on isEQ), process the operands.
505         if (I->getOpcode() == (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And)) {
506           DFT.push_back(I->getOperand(1));
507           DFT.push_back(I->getOperand(0));
508           continue;
509         }
510
511         // Try to match the current instruction
512         if (matchInstruction(I, DL, isEQ))
513           // Match succeed, continue the loop
514           continue;
515       }
516
517       // One element of the sequence of || (or &&) could not be match as a
518       // comparison against the same value as the others.
519       // We allow only one "Extra" case to be checked before the switch
520       if (!Extra) {
521         Extra = V;
522         continue;
523       }
524       // Failed to parse a proper sequence, abort now
525       CompValue = nullptr;
526       break;
527     }
528   }
529 };
530
531 }
532
533 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
534   Instruction *Cond = nullptr;
535   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
536     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
537   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
538     if (BI->isConditional())
539       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
540   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
541     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
542   }
543
544   TI->eraseFromParent();
545   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
546 }
547
548 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
549 /// to see if a value is equal to constant integer value.
550 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
551   Value *CV = nullptr;
552   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
553     // Do not permit merging of large switch instructions into their
554     // predecessors unless there is only one predecessor.
555     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
556                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
557       CV = SI->getCondition();
558   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
559     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
560       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
561         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
562           CV = ICI->getOperand(0);
563
564   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
565   if (DL && CV) {
566     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
567       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
568       if (PTII->getType() == DL->getIntPtrType(Ptr->getType()))
569         CV = Ptr;
570     }
571   }
572   return CV;
573 }
574
575 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
576 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
577 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
578 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
579                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
580                                                                        &Cases) {
581   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
582     Cases.reserve(SI->getNumCases());
583     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
584       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
585                                                   i.getCaseSuccessor()));
586     return SI->getDefaultDest();
587   }
588
589   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
590   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
591   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
592   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
593                                                              DL),
594                                               Succ));
595   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
596 }
597
598
599 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
600 /// in the list that match the specified block.
601 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
602                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
603   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
604 }
605
606 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
607 /// well.
608 static bool
609 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
610               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
611   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
612
613   // Make V1 be smaller than V2.
614   if (V1->size() > V2->size())
615     std::swap(V1, V2);
616
617   if (V1->size() == 0) return false;
618   if (V1->size() == 1) {
619     // Just scan V2.
620     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
621     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
622       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
623         return true;
624   }
625
626   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
627   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
628   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
629   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
630   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
631     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
632       return true;
633     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
634       ++i1;
635     else
636       ++i2;
637   }
638   return false;
639 }
640
641 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
642 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
643 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
644 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
645 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
646 /// form of jump threading.
647 bool SimplifyCFGOpt::
648 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
649                                               BasicBlock *Pred,
650                                               IRBuilder<> &Builder) {
651   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
652   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
653
654   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
655   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
656   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
657
658   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
659   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
660
661   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
662   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
663   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
664                                                         PredCases);
665   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
666
667   // Find information about how control leaves this block.
668   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
669   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
670   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
671
672   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
673   // simplify TI based on this knowledge.
674   if (PredDef == TI->getParent()) {
675     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
676     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
677     // can simplify TI.
678     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
679       return false;
680
681     if (isa<BranchInst>(TI)) {
682       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
683       // uncond br.
684       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
685       // Insert the new branch.
686       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
687       (void) NI;
688
689       // Remove PHI node entries for the dead edge.
690       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
691
692       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
693            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
694
695       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
696       return true;
697     }
698
699     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
700     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
701     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
702     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
703       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
704
705     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
706                  << "Through successor TI: " << *TI);
707
708     // Collect branch weights into a vector.
709     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
710     MDNode *MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
711     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
712     if (HasWeight)
713       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
714            ++MD_i) {
715         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
716         assert(CI);
717         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
718       }
719     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
720       --i;
721       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
722         if (HasWeight) {
723           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
724           Weights.pop_back();
725         }
726         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
727         SI->removeCase(i);
728       }
729     }
730     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
731       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
732                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
733                       createBranchWeights(Weights));
734
735     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
736     return true;
737   }
738
739   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
740   // which value (or set of values) this is.
741   ConstantInt *TIV = nullptr;
742   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
743   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
744     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
745       if (TIV)
746         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
747       TIV = PredCases[i].Value;
748     }
749   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
750
751   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
752   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
753   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
754   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
755     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
756       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
757       break;
758     }
759
760   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
761   if (!TheRealDest) TheRealDest = ThisDef;
762
763   // Remove PHI node entries for dead edges.
764   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
765   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
766     if (*SI != CheckEdge)
767       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
768     else
769       CheckEdge = nullptr;
770
771   // Insert the new branch.
772   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
773   (void) NI;
774
775   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
776             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
777
778   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
779   return true;
780 }
781
782 namespace {
783   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
784   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
785   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
786   struct ConstantIntOrdering {
787     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
788       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
789     }
790   };
791 }
792
793 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
794                                     ConstantInt *const *P2) {
795   const ConstantInt *LHS = *P1;
796   const ConstantInt *RHS = *P2;
797   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
798     return 1;
799   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
800     return 0;
801   return -1;
802 }
803
804 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
805   MDNode *ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
806   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
807     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
808       return MDS->getString().equals("branch_weights");
809
810   return false;
811 }
812
813 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
814 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
815 /// metadata.
816 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
817                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
818   MDNode *MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
819   assert(MD);
820   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
821     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
822     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
823   }
824
825   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
826   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
827   // default weight to be the first entry.
828   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
829     assert(Weights.size() == 2);
830     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
831     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
832       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
833   }
834 }
835
836 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
837 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
838   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
839   if (Max > UINT_MAX) {
840     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
841     for (uint64_t &I : Weights)
842       I >>= Offset;
843   }
844 }
845
846 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
847 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
848 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
849 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
850 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
851                                                          IRBuilder<> &Builder) {
852   BasicBlock *BB = TI->getParent();
853   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
854   assert(CV && "Not a comparison?");
855   bool Changed = false;
856
857   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
858   while (!Preds.empty()) {
859     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
860
861     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
862     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
863     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
864
865     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
866       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
867       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
868       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
869
870       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
871       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
872
873       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
874       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
875       // build.
876       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
877
878       // Update the branch weight metadata along the way
879       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
880       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
881       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
882
883       if (PredHasWeights) {
884         GetBranchWeights(PTI, Weights);
885         // branch-weight metadata is inconsistent here.
886         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
887           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
888       } else if (SuccHasWeights)
889         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
890         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
891         // successor's weights
892         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
893
894       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
895       if (SuccHasWeights) {
896         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
897         // branch-weight metadata is inconsistent here.
898         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
899           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
900       } else if (PredHasWeights)
901         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
902
903       if (PredDefault == BB) {
904         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
905         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
906         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
907         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
908           if (PredCases[i].Dest != BB)
909             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
910           else {
911             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
912             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
913
914             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
915               // Increase weight for the default case.
916               Weights[0] += Weights[i+1];
917               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
918               Weights.pop_back();
919             }
920
921             PredCases.pop_back();
922             --i; --e;
923           }
924
925         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
926         if (PredDefault != BBDefault) {
927           PredDefault->removePredecessor(Pred);
928           PredDefault = BBDefault;
929           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
930         }
931
932         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
933         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
934         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
935           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
936               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
937             PredCases.push_back(BBCases[i]);
938             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
939             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
940               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
941               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
942               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
943               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
944               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
945             }
946           }
947
948         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
949           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
950           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
951           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
952             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
953           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
954           Weights[0] *= SuccWeights[0];
955         }
956       } else {
957         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
958         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
959         // activated.
960         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
961         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
962         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
963           if (PredCases[i].Dest == BB) {
964             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
965
966             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
967               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
968               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
969               Weights.pop_back();
970             }
971
972             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
973             PredCases.pop_back();
974             --i; --e;
975           }
976
977         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
978         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
979         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
980           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
981             // If this is one we are capable of getting...
982             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
983               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
984             PredCases.push_back(BBCases[i]);
985             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
986             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
987           }
988
989         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
990         // they must go to the default destination of TI.
991         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
992                                     PTIHandled.begin(),
993                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
994           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
995             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
996           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
997           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
998         }
999       }
1000
1001       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
1002       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
1003       // successors.
1004       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
1005         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
1006
1007       Builder.SetInsertPoint(PTI);
1008       // Convert pointer to int before we switch.
1009       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
1010         assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
1011         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL->getIntPtrType(CV->getType()),
1012                                     "magicptr");
1013       }
1014
1015       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
1016       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
1017                                                PredCases.size());
1018       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
1019       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
1020         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
1021
1022       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1023         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1024         FitWeights(Weights);
1025
1026         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1027
1028         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1029                            MDBuilder(BB->getContext()).
1030                            createBranchWeights(MDWeights));
1031       }
1032
1033       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1034
1035       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1036       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1037       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1038       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
1039       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1040         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1041           if (!InfLoopBlock) {
1042             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1043             // or it won't matter if it's hot. :)
1044             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1045                                               "infloop", BB->getParent());
1046             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1047           }
1048           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1049         }
1050
1051       Changed = true;
1052     }
1053   }
1054   return Changed;
1055 }
1056
1057 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1058 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1059 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1060 // to put the select in this case.
1061 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1062                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1063   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1064     PHINode *PN;
1065     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1066          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1067       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1068       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1069       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1070         return false;
1071       }
1072     }
1073   }
1074   return true;
1075 }
1076
1077 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
1078
1079 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1080 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1081 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1082 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1083   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1084   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1085   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1086   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1087   // identical order.
1088   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1089   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1090
1091   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1092   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1093
1094   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1095   // Skip debug info if it is not identical.
1096   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1097   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1098   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1099     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1100       I1 = BB1_Itr++;
1101     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1102       I2 = BB2_Itr++;
1103   }
1104   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1105       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1106     return false;
1107
1108   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1109
1110   bool Changed = false;
1111   do {
1112     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1113     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1114     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1115       goto HoistTerminator;
1116
1117     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1118     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1119     // the now redundant second instruction.
1120     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1121     if (!I2->use_empty())
1122       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1123     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1124     unsigned KnownIDs[] = {
1125       LLVMContext::MD_tbaa,
1126       LLVMContext::MD_range,
1127       LLVMContext::MD_fpmath,
1128       LLVMContext::MD_invariant_load,
1129       LLVMContext::MD_nonnull
1130     };
1131     combineMetadata(I1, I2, KnownIDs);
1132     I2->eraseFromParent();
1133     Changed = true;
1134
1135     I1 = BB1_Itr++;
1136     I2 = BB2_Itr++;
1137     // Skip debug info if it is not identical.
1138     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1139     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1140     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1141       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1142         I1 = BB1_Itr++;
1143       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1144         I2 = BB2_Itr++;
1145     }
1146   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1147
1148   return true;
1149
1150 HoistTerminator:
1151   // It may not be possible to hoist an invoke.
1152   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1153     return Changed;
1154
1155   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1156     PHINode *PN;
1157     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1158          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1159       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1160       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1161       if (BB1V == BB2V)
1162         continue;
1163
1164       // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
1165       // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
1166       if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, PN) ||
1167           passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, PN))
1168        return Changed;
1169
1170       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V, DL))
1171         return Changed;
1172       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V, DL))
1173         return Changed;
1174     }
1175   }
1176
1177   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1178   Instruction *NT = I1->clone();
1179   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1180   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1181     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1182     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1183     NT->takeName(I1);
1184   }
1185
1186   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1187   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1188   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1189   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1190   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1191   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1192   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1193     PHINode *PN;
1194     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1195          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1196       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1197       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1198       if (BB1V == BB2V) continue;
1199
1200       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1201       // that determines the right value.
1202       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1203       if (!SI)
1204         SI = cast<SelectInst>
1205           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1206                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1207
1208       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1209       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1210         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1211           PN->setIncomingValue(i, SI);
1212     }
1213   }
1214
1215   // Update any PHI nodes in our new successors.
1216   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1217     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1218
1219   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1220   return true;
1221 }
1222
1223 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1224 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1225 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1226 /// in the two predecessors to BBEnd.
1227 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1228   assert(BI1->isUnconditional());
1229   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1230   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1231
1232   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1233   // an unconditional branch.
1234   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1235   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1236   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1237     return false;
1238   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1239   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1240     return false;
1241   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1242   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1243   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1244     return false;
1245
1246   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1247   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1248   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
1249   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1250        I != E; ++I) {
1251     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1252       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1253       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1254       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1255     } else {
1256       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1257       break;
1258     }
1259   }
1260   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1261     return false;
1262
1263
1264   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1265   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1266   // instructions in an identical order.
1267   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1268       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1269       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1270   // Skip debug info.
1271   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1272   if (RI1 == RE1)
1273     return false;
1274   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1275   if (RI2 == RE2)
1276     return false;
1277   // Skip the unconditional branches.
1278   ++RI1;
1279   ++RI2;
1280
1281   bool Changed = false;
1282   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1283     // Skip debug info.
1284     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1285     if (RI1 == RE1)
1286       return Changed;
1287     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1288     if (RI2 == RE2)
1289       return Changed;
1290
1291     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1292     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1293     // perform the same operation.
1294     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1295     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1296         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1297         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1298         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1299         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1300         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1301         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1302         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1303         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1304       return Changed;
1305
1306     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1307     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1308     bool SwapOpnds = false;
1309     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1310         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1311         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1312         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1313          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1314       ICmp2->swapOperands();
1315       SwapOpnds = true;
1316     }
1317     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1318       if (SwapOpnds)
1319         ICmp2->swapOperands();
1320       return Changed;
1321     }
1322
1323     // The operands should be either the same or they need to be generated
1324     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1325     // a single pair of different operands.
1326     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
1327     unsigned Op1Idx = 0;
1328     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1329       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1330         continue;
1331       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1332       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1333       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1334       if (DifferentOp1 ||
1335           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1336           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1337           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1338           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1339         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1340         if (SwapOpnds)
1341           ICmp2->swapOperands();
1342         return Changed;
1343       }
1344       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1345       Op1Idx = I;
1346       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1347     }
1348
1349     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1350     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1351     if (DifferentOp1) {
1352       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1353                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1354                                        BBEnd->begin());
1355       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1356       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1357       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1358       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1359       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1360       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1361     }
1362     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1363     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1364
1365     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1366     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1367     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1368     // instruction in the basic block down.
1369     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1370     // Sink the instruction.
1371     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1372     if (!OldPN->use_empty())
1373       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1374     OldPN->eraseFromParent();
1375
1376     if (!I2->use_empty())
1377       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1378     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1379     // TODO: Use combineMetadata here to preserve what metadata we can
1380     // (analogous to the hoisting case above).
1381     I2->eraseFromParent();
1382
1383     if (UpdateRE1)
1384       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1385     if (UpdateRE2)
1386       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1387     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1388     NumSinkCommons++;
1389     Changed = true;
1390   }
1391   return Changed;
1392 }
1393
1394 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1395 /// conditional block.
1396 ///
1397 /// We are looking for code like the following:
1398 ///   BrBB:
1399 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1400 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1401 ///     ... // function).
1402 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1403 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1404 ///   ThenBB:
1405 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1406 ///     br label EndBB
1407 ///   EndBB:
1408 ///     ...
1409 ///   We are going to transform this into:
1410 ///   BrBB:
1411 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1412 ///     ... //
1413 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1414 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1415 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1416 ///     ...
1417 ///
1418 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1419 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1420 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1421                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1422   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1423   if (!StoreToHoist)
1424     return nullptr;
1425
1426   // Volatile or atomic.
1427   if (!StoreToHoist->isSimple())
1428     return nullptr;
1429
1430   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1431
1432   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1433   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1434   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1435        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1436     Instruction *CurI = &*RI;
1437
1438     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1439     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1440       return nullptr;
1441
1442     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1443     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1444     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1445       // Found the previous store, return its value operand.
1446       return SI->getValueOperand();
1447     else if (SI)
1448       return nullptr; // Unknown store.
1449   }
1450
1451   return nullptr;
1452 }
1453
1454 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1455 ///
1456 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1457 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1458 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1459 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1460 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1461 ///
1462 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1463 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1464 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1465 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1466 ///
1467 ///
1468 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1469 /// \code
1470 ///   BB:
1471 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1472 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1473 ///   ThenBB:
1474 ///     %sub = sub %x, %y
1475 ///     br label BB2
1476 ///   EndBB:
1477 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1478 ///     ...
1479 /// \endcode
1480 ///
1481 /// Into this IR:
1482 /// \code
1483 ///   BB:
1484 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1485 ///     %sub = sub %x, %y
1486 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1487 ///     ...
1488 /// \endcode
1489 ///
1490 /// \returns true if the conditional block is removed.
1491 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1492                                    const DataLayout *DL) {
1493   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1494   Value *BrCond = BI->getCondition();
1495   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1496     return false;
1497
1498   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1499   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1500
1501   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1502   // to swap the select operands later.
1503   bool Invert = false;
1504   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1505     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1506     Invert = true;
1507   }
1508   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1509
1510   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1511   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1512   // - They are defined in BB, and
1513   // - They have no side effects, and
1514   // - All of their uses are in CondBB.
1515   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1516
1517   unsigned SpeculationCost = 0;
1518   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1519   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1520   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1521                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1522        BBI != BBE; ++BBI) {
1523     Instruction *I = BBI;
1524     // Skip debug info.
1525     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1526       continue;
1527
1528     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1529     // terminator) for now.
1530     ++SpeculationCost;
1531     if (SpeculationCost > 1)
1532       return false;
1533
1534     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1535     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
1536         !(HoistCondStores &&
1537           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1538                                                          EndBB))))
1539       return false;
1540     if (!SpeculatedStoreValue &&
1541         ComputeSpeculationCost(I, DL) > PHINodeFoldingThreshold)
1542       return false;
1543
1544     // Store the store speculation candidate.
1545     if (SpeculatedStoreValue)
1546       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1547
1548     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1549     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1550     // being sunk into the use block.
1551     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1552          i != e; ++i) {
1553       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1554       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1555           OpI->mayHaveSideEffects())
1556         continue; // Not a candidate for sinking.
1557
1558       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1559     }
1560   }
1561
1562   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1563   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1564   // and so iteration order isn't significant.
1565   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1566            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1567        I != E; ++I)
1568     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1569       ++SpeculationCost;
1570       if (SpeculationCost > 1)
1571         return false;
1572     }
1573
1574   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1575   bool HaveRewritablePHIs = false;
1576   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1577        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1578     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1579     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1580
1581     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1582     // Skip PHIs which are trivial.
1583     if (ThenV == OrigV)
1584       continue;
1585
1586     // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
1587     if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, PN) ||
1588         passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, PN))
1589       return false;
1590
1591     HaveRewritablePHIs = true;
1592     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1593     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1594     if (!OrigCE && !ThenCE)
1595       continue; // Known safe and cheap.
1596
1597     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE, DL)) ||
1598         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE, DL)))
1599       return false;
1600     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, DL) : 0;
1601     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, DL) : 0;
1602     if (OrigCost + ThenCost > 2 * PHINodeFoldingThreshold)
1603       return false;
1604
1605     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1606     // getting expanded into Instructions.
1607     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1608     // constant expression.
1609     ++SpeculationCost;
1610     if (SpeculationCost > 1)
1611       return false;
1612   }
1613
1614   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1615   // as well.
1616   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1617     return false;
1618
1619   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1620   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1621
1622   // Insert a select of the value of the speculated store.
1623   if (SpeculatedStoreValue) {
1624     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1625     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1626     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1627     if (Invert)
1628       std::swap(TrueV, FalseV);
1629     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1630                                     "." + FalseV->getName());
1631     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1632   }
1633
1634   // Hoist the instructions.
1635   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1636                            std::prev(ThenBB->end()));
1637
1638   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1639   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1640   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1641        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1642     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1643     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1644     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1645     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1646
1647     // Skip PHIs which are trivial.
1648     if (OrigV == ThenV)
1649       continue;
1650
1651     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1652     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1653     // destinations were inverted.
1654     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1655     if (Invert)
1656       std::swap(TrueV, FalseV);
1657     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1658                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1659     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1660     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1661   }
1662
1663   ++NumSpeculations;
1664   return true;
1665 }
1666
1667 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1668 /// attribute.
1669 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1670   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1671     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1672     if (!CI)
1673       continue;
1674     if (CI->cannotDuplicate())
1675       return true;
1676   }
1677   return false;
1678 }
1679
1680 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1681 /// across this block.
1682 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1683   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1684   unsigned Size = 0;
1685
1686   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1687     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1688       continue;
1689     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1690     ++Size;
1691
1692     // We can only support instructions that do not define values that are
1693     // live outside of the current basic block.
1694     for (User *U : BBI->users()) {
1695       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1696       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1697     }
1698
1699     // Looks ok, continue checking.
1700   }
1701
1702   return true;
1703 }
1704
1705 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1706 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1707 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1708 /// ultimate destination.
1709 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1710   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1711   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1712   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1713   // outside of the block.
1714   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1715     return false;
1716
1717   // Degenerate case of a single entry PHI.
1718   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1719     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1720     return true;
1721   }
1722
1723   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1724   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1725
1726   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1727
1728   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1729   // constants.
1730   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1731     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1732     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1733
1734     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1735     // branch to RealDest.
1736     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1737     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1738
1739     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1740     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1741     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1742
1743     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1744     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1745     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1746     // the edge we are about to create.
1747     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1748                                             RealDest->getName()+".critedge",
1749                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1750     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1751
1752     // Update PHI nodes.
1753     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1754
1755     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1756     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1757     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1758     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1759     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1760     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1761       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1762         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1763         continue;
1764       }
1765       // Clone the instruction.
1766       Instruction *N = BBI->clone();
1767       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1768
1769       // Update operands due to translation.
1770       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1771            i != e; ++i) {
1772         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1773         if (PI != TranslateMap.end())
1774           *i = PI->second;
1775       }
1776
1777       // Check for trivial simplification.
1778       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1779         TranslateMap[BBI] = V;
1780         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1781       } else {
1782         // Insert the new instruction into its new home.
1783         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1784         if (!BBI->use_empty())
1785           TranslateMap[BBI] = N;
1786       }
1787     }
1788
1789     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1790     // to EdgeBB instead.
1791     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1792     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1793       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1794         BB->removePredecessor(PredBB);
1795         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1796       }
1797
1798     // Recurse, simplifying any other constants.
1799     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1800   }
1801
1802   return false;
1803 }
1804
1805 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1806 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1807 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *DL) {
1808   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1809   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1810   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1811   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1812   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1813   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1814   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1815   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1816   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1817   if (!IfCond ||
1818       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1819       isa<ConstantInt>(IfCond))
1820     return false;
1821
1822   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1823   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1824   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1825   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1826   // fewer PHI nodes in this block.
1827   unsigned NumPhis = 0;
1828   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1829     if (NumPhis > 2)
1830       return false;
1831
1832   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1833   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1834   // that need to be moved to the dominating block.
1835   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1836   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1837            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1838
1839   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1840     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1841     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1842       PN->replaceAllUsesWith(V);
1843       PN->eraseFromParent();
1844       continue;
1845     }
1846
1847     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1848                              MaxCostVal0, DL) ||
1849         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1850                              MaxCostVal1, DL))
1851       return false;
1852   }
1853
1854   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1855   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1856   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1857   if (!PN) return true;
1858
1859   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1860   // often be turned into switches and other things.
1861   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1862       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1863        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1864        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1865     return false;
1866
1867   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1868   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1869   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1870   // worth promoting to select instructions.
1871   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
1872   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1873   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1874   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1875     IfBlock1 = nullptr;
1876   } else {
1877     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1878     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1879       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1880         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1881         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1882         // flow, so the xform is not worth it.
1883         return false;
1884       }
1885   }
1886
1887   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1888     IfBlock2 = nullptr;
1889   } else {
1890     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1891     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1892       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1893         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1894         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1895         // flow, so the xform is not worth it.
1896         return false;
1897       }
1898   }
1899
1900   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1901                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1902
1903   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1904   // do all of the PHI's now.
1905   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1906   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1907
1908   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1909   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1910   if (IfBlock1)
1911     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1912                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1913                                    IfBlock1->getTerminator());
1914   if (IfBlock2)
1915     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1916                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1917                                    IfBlock2->getTerminator());
1918
1919   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1920     // Change the PHI node into a select instruction.
1921     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1922     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1923
1924     SelectInst *NV =
1925       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1926     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1927     NV->takeName(PN);
1928     PN->eraseFromParent();
1929   }
1930
1931   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1932   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1933   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1934   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1935   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1936   Builder.CreateBr(BB);
1937   OldTI->eraseFromParent();
1938   return true;
1939 }
1940
1941 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1942 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1943 /// introducing a select if the return values disagree.
1944 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1945                                            IRBuilder<> &Builder) {
1946   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1947   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1948   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1949   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1950   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1951
1952   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1953   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1954   // computation on one path or the other.
1955   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1956     return false;
1957   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1958     return false;
1959
1960   Builder.SetInsertPoint(BI);
1961   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1962   // there is no return value for this function, just change the
1963   // branch into a return.
1964   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1965     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1966     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1967     Builder.CreateRetVoid();
1968     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1969     return true;
1970   }
1971
1972   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1973   // so we can insert a new select instruction.
1974   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1975   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1976
1977   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1978   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1979     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1980       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1981   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1982     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1983       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1984
1985   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1986   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1987   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1988   // constant expression that prevents this transformation from being
1989   // safe.
1990   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1991     if (TCV->canTrap())
1992       return false;
1993   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1994     if (FCV->canTrap())
1995       return false;
1996
1997   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1998   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1999   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
2000   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
2001
2002   // Insert select instructions where needed.
2003   Value *BrCond = BI->getCondition();
2004   if (TrueValue) {
2005     // Insert a select if the results differ.
2006     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
2007     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
2008       TrueValue = FalseValue;
2009     } else {
2010       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
2011                                        FalseValue, "retval");
2012     }
2013   }
2014
2015   Value *RI = !TrueValue ?
2016     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
2017
2018   (void) RI;
2019
2020   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
2021                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
2022                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
2023
2024   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2025
2026   return true;
2027 }
2028
2029 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
2030 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
2031 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
2032 /// found.
2033 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
2034                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
2035   assert(BI->isConditional() &&
2036          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
2037   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
2038   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
2039   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
2040   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
2041   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
2042   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
2043   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
2044   return true;
2045 }
2046
2047 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
2048 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
2049 ///
2050 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
2051   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
2052     return false;
2053   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
2054     Instruction *PBI = &*I;
2055     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
2056     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
2057       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
2058       Inst->eraseFromParent();
2059       return true;
2060     }
2061   }
2062   return false;
2063 }
2064
2065 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
2066 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
2067 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
2068 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2069                                   unsigned BonusInstThreshold) {
2070   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2071
2072   Instruction *Cond = nullptr;
2073   if (BI->isConditional())
2074     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2075   else {
2076     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2077     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2078     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2079     // predecessor.
2080     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2081       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2082         if (PBI->isConditional() &&
2083             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2084              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2085           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2086                I != E; ) {
2087             Instruction *Curr = I++;
2088             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2089               Cond = Curr;
2090               break;
2091             }
2092             // Quit if we can't remove this instruction.
2093             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2094               return false;
2095           }
2096         }
2097
2098     if (!Cond)
2099       return false;
2100   }
2101
2102   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2103       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2104   return false;
2105
2106   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2107   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2108
2109   // Ignore dbg intrinsics.
2110   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2111
2112   if (&*CondIt != BI)
2113     return false;
2114
2115   // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
2116   // too many instructions and these involved instructions can be executed
2117   // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
2118   // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
2119   // number of the bonus instructions does not exceed a certain threshold.
2120   unsigned NumBonusInsts = 0;
2121   for (auto I = BB->begin(); Cond != I; ++I) {
2122     // Ignore dbg intrinsics.
2123     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2124       continue;
2125     if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
2126       return false;
2127     // I has only one use and can be executed unconditionally.
2128     Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
2129     if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
2130       return false;
2131     // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
2132     // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
2133     // and Cond.
2134     ++NumBonusInsts;
2135     // Early exits once we reach the limit.
2136     if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
2137       return false;
2138   }
2139
2140   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2141   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2142   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2143     if (CE->canTrap())
2144       return false;
2145   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2146     if (CE->canTrap())
2147       return false;
2148
2149   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2150   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2151   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2152   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2153     return false;
2154
2155   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2156     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2157     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2158
2159     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2160     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2161     // blocks.
2162     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2163     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2164         (BI->isConditional() &&
2165          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2166         (!BI->isConditional() &&
2167          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2168       continue;
2169
2170     // Determine if the two branches share a common destination.
2171     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2172     bool InvertPredCond = false;
2173
2174     if (BI->isConditional()) {
2175       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2176         Opc = Instruction::Or;
2177       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2178         Opc = Instruction::And;
2179       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2180         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2181       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2182         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2183       else
2184         continue;
2185     } else {
2186       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2187         continue;
2188     }
2189
2190     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2191     IRBuilder<> Builder(PBI);
2192
2193     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2194     if (InvertPredCond) {
2195       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2196
2197       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2198         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2199         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2200       } else {
2201         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2202                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2203       }
2204
2205       PBI->setCondition(NewCond);
2206       PBI->swapSuccessors();
2207     }
2208
2209     // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
2210     // Note that there may be mutliple predecessor blocks, so we cannot move
2211     // bonus instructions to a predecessor block.
2212     ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
2213     // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
2214     // every instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
2215     // instructions.
2216     for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != BonusInst; ++BonusInst) {
2217       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
2218         continue;
2219       Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
2220       RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
2221                        RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2222       VMap[BonusInst] = NewBonusInst;
2223
2224       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2225       // its potential value. The previous information might have been valid
2226       // only given the branch precondition.
2227       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2228       // semantics we don't understand.
2229       NewBonusInst->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
2230
2231       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonusInst);
2232       NewBonusInst->takeName(BonusInst);
2233       BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
2234     }
2235
2236     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2237     // two conditions together.
2238     Instruction *New = Cond->clone();
2239     RemapInstruction(New, VMap,
2240                      RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
2241     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2242     New->takeName(Cond);
2243     Cond->setName(New->getName() + ".old");
2244
2245     if (BI->isConditional()) {
2246       Instruction *NewCond =
2247         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2248                                             New, "or.cond"));
2249       PBI->setCondition(NewCond);
2250
2251       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2252       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2253                                                   PredFalseWeight);
2254       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2255                                                   SuccFalseWeight);
2256       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2257
2258       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2259         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2260           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2261           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2262           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2263           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2264           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2265           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2266           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2267           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2268           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2269                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2270         }
2271         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2272         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2273       }
2274       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2275         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2276           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2277           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2278           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2279           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2280           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2281               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2282           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2283           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2284         }
2285         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2286         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2287       }
2288       if (NewWeights.size() == 2) {
2289         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2290         FitWeights(NewWeights);
2291
2292         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2293         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2294                          MDBuilder(BI->getContext()).
2295                          createBranchWeights(MDWeights));
2296       } else
2297         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2298     } else {
2299       // Update PHI nodes in the common successors.
2300       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2301         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2302           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2303         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2304         Instruction *MergedCond = nullptr;
2305         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2306           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2307           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2308           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2309           Instruction *NotCond =
2310             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2311                                 "not.cond"));
2312           MergedCond =
2313             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2314                                 NotCond, New,
2315                                 "and.cond"));
2316           if (PBI_C->isOne())
2317             MergedCond =
2318               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2319                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2320                                   "or.cond"));
2321         } else {
2322           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2323           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2324           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2325           MergedCond =
2326             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2327                                 PBI->getCondition(), New,
2328                                 "and.cond"));
2329           if (PBI_C->isOne()) {
2330             Instruction *NotCond =
2331               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2332                                   "not.cond"));
2333             MergedCond =
2334               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2335                                   NotCond, MergedCond,
2336                                   "or.cond"));
2337           }
2338         }
2339         // Update PHI Node.
2340         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2341                                   MergedCond);
2342       }
2343       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2344       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2345       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2346       PBI = New_PBI;
2347     }
2348
2349     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2350     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2351
2352     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2353     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2354       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2355         I->clone()->insertBefore(PBI);
2356
2357     return true;
2358   }
2359   return false;
2360 }
2361
2362 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2363 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2364 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2365 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2366 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2367   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2368   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2369
2370   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2371   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2372   // this conditional branch redundant.
2373   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2374       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2375     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2376     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2377     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2378       // Turn this into a branch on constant.
2379       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2380       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2381                                         CondIsTrue));
2382       return true;  // Nuke the branch on constant.
2383     }
2384
2385     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2386     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2387     // simplifycfg will thread the block.
2388     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2389       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2390       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2391                                        std::distance(PB, PE),
2392                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2393                                        BB->begin());
2394       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2395       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2396       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2397       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2398         BasicBlock *P = *PI;
2399         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2400             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2401             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2402             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2403           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2404           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2405                                               CondIsTrue), P);
2406         } else {
2407           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2408         }
2409       }
2410
2411       BI->setCondition(NewPN);
2412       return true;
2413     }
2414   }
2415
2416   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2417   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
2418   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2419   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2420   // Ignore dbg intrinsics.
2421   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2422     ++BBI;
2423   if (&*BBI != BI)
2424     return false;
2425
2426
2427   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2428     if (CE->canTrap())
2429       return false;
2430
2431   int PBIOp, BIOp;
2432   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2433     PBIOp = BIOp = 0;
2434   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2435     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2436   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2437     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2438   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2439     PBIOp = BIOp = 1;
2440   else
2441     return false;
2442
2443   // Check to make sure that the other destination of this branch
2444   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2445   // keep getting unwound.
2446   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2447     return false;
2448
2449   // Do not perform this transformation if it would require
2450   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2451   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2452
2453   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
2454   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
2455   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
2456
2457   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2458   unsigned NumPhis = 0;
2459   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2460        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis) {
2461     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2462       return false;
2463
2464     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
2465     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2466     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
2467       if (CE->canTrap())
2468         return false;
2469
2470     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2471     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2472     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
2473       if (CE->canTrap())
2474         return false;
2475   }
2476
2477   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2478   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2479
2480   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2481                << "AND: " << *BI->getParent());
2482
2483
2484   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2485   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2486   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2487   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2488   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2489   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2490   // infinite loop with no cond branch.
2491   if (OtherDest == BB) {
2492     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2493     // or it won't matter if it's hot. :)
2494     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2495                                                   "infloop", BB->getParent());
2496     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2497     OtherDest = InfLoopBlock;
2498   }
2499
2500   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2501
2502   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2503   // it alone, but modify PBI.
2504
2505   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2506   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2507   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2508   if (PBIOp)
2509     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2510
2511   Value *BICond = BI->getCondition();
2512   if (BIOp)
2513     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2514
2515   // Merge the conditions.
2516   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2517
2518   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2519   PBI->setCondition(Cond);
2520   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2521   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2522
2523   // Update branch weight for PBI.
2524   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2525   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2526                                               PredFalseWeight);
2527   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2528                                               SuccFalseWeight);
2529   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2530     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2531     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2532     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2533     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2534     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2535     //                                    PredOther * SuccCommon.
2536     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2537     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2538     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2539                          PredOther * SuccCommon);
2540     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2541     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2542     FitWeights(NewWeights);
2543
2544     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2545     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2546                      MDBuilder(BI->getContext()).
2547                      createBranchWeights(MDWeights));
2548   }
2549
2550   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2551   // block that are identical to the entries for BI's block.
2552   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2553
2554   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2555   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2556   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2557   // them agree.
2558   PHINode *PN;
2559   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2560        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2561     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2562     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2563     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2564     if (BIV != PBIV) {
2565       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2566       Value *NV = cast<SelectInst>
2567         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2568       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2569     }
2570   }
2571
2572   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2573   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2574
2575   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2576   // one fewer predecessor.
2577   return true;
2578 }
2579
2580 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2581 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2582 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2583 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2584 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2585 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2586                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2587                                        uint32_t TrueWeight,
2588                                        uint32_t FalseWeight){
2589   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2590   // First, figure out which successors to preserve.
2591   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2592   // successor.
2593   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2594   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
2595
2596   // Then remove the rest.
2597   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2598     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2599     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2600     if (Succ == KeepEdge1)
2601       KeepEdge1 = nullptr;
2602     else if (Succ == KeepEdge2)
2603       KeepEdge2 = nullptr;
2604     else
2605       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2606   }
2607
2608   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2609   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2610
2611   // Insert an appropriate new terminator.
2612   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
2613     if (TrueBB == FalseBB)
2614       // We were only looking for one successor, and it was present.
2615       // Create an unconditional branch to it.
2616       Builder.CreateBr(TrueBB);
2617     else {
2618       // We found both of the successors we were looking for.
2619       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2620       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2621       if (TrueWeight != FalseWeight)
2622         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2623                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2624                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2625     }
2626   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2627     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2628     // terminator must be unreachable.
2629     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2630   } else {
2631     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2632     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2633     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2634     if (!KeepEdge1)
2635       // Only TrueBB was found.
2636       Builder.CreateBr(TrueBB);
2637     else
2638       // Only FalseBB was found.
2639       Builder.CreateBr(FalseBB);
2640   }
2641
2642   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2643   return true;
2644 }
2645
2646 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2647 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2648 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2649 // unconditional otherwise.
2650 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2651   // Check for constant integer values in the select.
2652   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2653   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2654   if (!TrueVal || !FalseVal)
2655     return false;
2656
2657   // Find the relevant condition and destinations.
2658   Value *Condition = Select->getCondition();
2659   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2660   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2661
2662   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2663   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2664   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2665   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2666   if (HasWeights) {
2667     GetBranchWeights(SI, Weights);
2668     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2669       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2670                                      getSuccessorIndex()];
2671       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2672                                       getSuccessorIndex()];
2673     }
2674   }
2675
2676   // Perform the actual simplification.
2677   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2678                                     TrueWeight, FalseWeight);
2679 }
2680
2681 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2682 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2683 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2684 // with
2685 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2686 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2687   // Check that both operands of the select are block addresses.
2688   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2689   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2690   if (!TBA || !FBA)
2691     return false;
2692
2693   // Extract the actual blocks.
2694   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2695   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2696
2697   // Perform the actual simplification.
2698   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2699                                     0, 0);
2700 }
2701
2702 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2703 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2704 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2705 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2706 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2707 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2708 /// like:
2709 ///
2710 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2711 /// DEFAULT:
2712 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2713 ///   br label %end
2714 /// end:
2715 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2716 ///
2717 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2718 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2719 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2720     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2721     unsigned BonusInstThreshold, const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT) {
2722   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2723
2724   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2725   // complex.
2726   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2727
2728   Value *V = ICI->getOperand(0);
2729   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2730
2731   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2732   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2733   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2734   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2735   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2736
2737   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2738   if (SI->getCondition() != V)
2739     return false;
2740
2741   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2742   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2743   // away.
2744   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2745     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2746     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2747     ICI->setOperand(0, VVal);
2748
2749     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
2750       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2751       ICI->eraseFromParent();
2752     }
2753     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2754     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
2755   }
2756
2757   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2758   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2759   // and zap it.
2760   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2761     Value *V;
2762     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2763       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2764     else
2765       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2766
2767     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2768     ICI->eraseFromParent();
2769     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2770     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
2771   }
2772
2773   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2774   // the block.
2775   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2776   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
2777   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2778       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2779     return false;
2780
2781   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2782   // true in the PHI.
2783   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2784   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2785
2786   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2787     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2788
2789   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2790   // false depending on if it is EQ or NE.
2791   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2792   ICI->eraseFromParent();
2793
2794   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2795   // the switch to the merge point on the compared value.
2796   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2797                                          BB->getParent(), BB);
2798   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2799   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2800   if (HasWeights) {
2801     GetBranchWeights(SI, Weights);
2802     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2803       // Split weight for default case to case for "Cst".
2804       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2805       Weights.push_back(Weights[0]);
2806
2807       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2808       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2809                       MDBuilder(SI->getContext()).
2810                       createBranchWeights(MDWeights));
2811     }
2812   }
2813   SI->addCase(Cst, NewBB);
2814
2815   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2816   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2817   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2818   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2819   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2820   return true;
2821 }
2822
2823 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2824 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2825 /// fold it into a switch instruction if so.
2826 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2827                                       IRBuilder<> &Builder) {
2828   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2829   if (!Cond) return false;
2830
2831   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2832   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2833   // 'setne's and'ed together, collect them.
2834
2835   // Try to gather values from a chain of and/or to be turned into a switch
2836   ConstantComparesGatherer ConstantCompare(Cond, DL);
2837   // Unpack the result
2838   SmallVectorImpl<ConstantInt*> &Values = ConstantCompare.Vals;
2839   Value *CompVal = ConstantCompare.CompValue;
2840   unsigned UsedICmps = ConstantCompare.UsedICmps;
2841   Value *ExtraCase = ConstantCompare.Extra;
2842
2843   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2844   if (!CompVal) return false;
2845
2846   // Avoid turning single icmps into a switch.
2847   if (UsedICmps <= 1)
2848     return false;
2849
2850   bool TrueWhenEqual = (Cond->getOpcode() == Instruction::Or);
2851
2852   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2853   // instruction can't handle, remove them now.
2854   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2855   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2856
2857   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2858   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2859   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2860
2861   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2862   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2863
2864   // Figure out which block is which destination.
2865   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2866   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2867   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2868
2869   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2870
2871   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2872                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2873
2874   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2875   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2876   // right before the condbr to handle it.
2877   if (ExtraCase) {
2878     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2879     // Remove the uncond branch added to the old block.
2880     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2881     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2882
2883     if (TrueWhenEqual)
2884       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2885     else
2886       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2887
2888     OldTI->eraseFromParent();
2889
2890     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2891     // for the edge we just added.
2892     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2893
2894     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2895           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2896     BB = NewBB;
2897   }
2898
2899   Builder.SetInsertPoint(BI);
2900   // Convert pointer to int before we switch.
2901   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2902     assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2903     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2904                                      DL->getIntPtrType(CompVal->getType()),
2905                                      "magicptr");
2906   }
2907
2908   // Create the new switch instruction now.
2909   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2910
2911   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2912   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2913     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2914
2915   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2916   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2917   // the number of edges added.
2918   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2919        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2920     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2921     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2922     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2923       PN->addIncoming(InVal, BB);
2924   }
2925
2926   // Erase the old branch instruction.
2927   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2928
2929   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2930   return true;
2931 }
2932
2933 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2934   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2935   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2936   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2937   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2938   if (RI->getValue() != LPInst)
2939     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2940     // caused control to branch here.
2941     return false;
2942
2943   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2944   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2945   while (++I != E)
2946     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2947       return false;
2948
2949   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2950   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2951   bool Changed = false;
2952   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2953     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2954
2955     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2956       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2957       // the table.
2958       InvokeRequiresTableEntry = true;
2959       continue;
2960     }
2961
2962     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2963
2964     // Insert a call instruction before the invoke.
2965     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2966     Call->takeName(II);
2967     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2968     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2969     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2970
2971     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2972     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2973     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2974     // updated.
2975     II->replaceAllUsesWith(Call);
2976     BB->removePredecessor(II->getParent());
2977
2978     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2979     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2980
2981     // Finally, delete the invoke instruction!
2982     II->eraseFromParent();
2983     Changed = true;
2984   }
2985
2986   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2987     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2988     BB->eraseFromParent();
2989
2990   return Changed;
2991 }
2992
2993 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2994   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2995   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2996
2997   // Find predecessors that end with branches.
2998   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2999   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
3000   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
3001     BasicBlock *P = *PI;
3002     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
3003     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
3004       if (BI->isUnconditional())
3005         UncondBranchPreds.push_back(P);
3006       else
3007         CondBranchPreds.push_back(BI);
3008     }
3009   }
3010
3011   // If we found some, do the transformation!
3012   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
3013     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
3014       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
3015       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
3016             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
3017       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
3018     }
3019
3020     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
3021     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
3022       // We know there are no successors, so just nuke the block.
3023       BB->eraseFromParent();
3024
3025     return true;
3026   }
3027
3028   // Check out all of the conditional branches going to this return
3029   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
3030   // branch itself into a select/return pair.
3031   while (!CondBranchPreds.empty()) {
3032     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
3033
3034     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
3035     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
3036         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
3037         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
3038       return true;
3039   }
3040   return false;
3041 }
3042
3043 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
3044   BasicBlock *BB = UI->getParent();
3045
3046   bool Changed = false;
3047
3048   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
3049   // be removed, do so.
3050   while (UI != BB->begin()) {
3051     BasicBlock::iterator BBI = UI;
3052     --BBI;
3053     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
3054     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
3055     // operations may have this effect.
3056     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
3057
3058     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3059       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3060         if (SI->isVolatile())
3061           break;
3062       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3063         if (LI->isVolatile())
3064           break;
3065       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3066         if (RMWI->isVolatile())
3067           break;
3068       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3069         if (CXI->isVolatile())
3070           break;
3071       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3072                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3073         break;
3074       }
3075       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3076       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3077       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3078       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3079     }
3080
3081     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3082     if (!BBI->use_empty())
3083       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3084     BBI->eraseFromParent();
3085     Changed = true;
3086   }
3087
3088   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3089   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3090   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3091
3092   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3093   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3094     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3095     IRBuilder<> Builder(TI);
3096     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3097       if (BI->isUnconditional()) {
3098         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3099           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3100           TI->eraseFromParent();
3101           Changed = true;
3102         }
3103       } else {
3104         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3105           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3106           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3107         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3108           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3109           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3110           Changed = true;
3111         }
3112       }
3113     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3114       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3115            i != e; ++i)
3116         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3117           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3118           SI->removeCase(i);
3119           --i; --e;
3120           Changed = true;
3121         }
3122       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3123       // destination and make it the default.
3124       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3125         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3126         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3127              i != e; ++i) {
3128           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3129               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3130           if (entry.first == 0) {
3131             entry.first = 1;
3132             entry.second = i.getCaseIndex();
3133           } else {
3134             entry.first++;
3135           }
3136         }
3137
3138         // Find the most popular block.
3139         unsigned MaxPop = 0;
3140         unsigned MaxIndex = 0;
3141         BasicBlock *MaxBlock = nullptr;
3142         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3143              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3144           if (I->second.first > MaxPop ||
3145               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3146             MaxPop = I->second.first;
3147             MaxIndex = I->second.second;
3148             MaxBlock = I->first;
3149           }
3150         }
3151         if (MaxBlock) {
3152           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3153           // edges to it.
3154           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3155           Changed = true;
3156
3157           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3158           // it.
3159           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3160             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3161               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3162
3163           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3164                i != e; ++i)
3165             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3166               SI->removeCase(i);
3167               --i; --e;
3168             }
3169         }
3170       }
3171     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3172       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3173         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3174         // place to note that the call does not throw though.
3175         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3176         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3177
3178         // Insert the call now...
3179         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3180         Builder.SetInsertPoint(BI);
3181         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3182                                           Args, II->getName());
3183         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3184         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3185         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3186         II->replaceAllUsesWith(CI);
3187         delete II;
3188         Changed = true;
3189       }
3190     }
3191   }
3192
3193   // If this block is now dead, remove it.
3194   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3195       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3196     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3197     BB->eraseFromParent();
3198     return true;
3199   }
3200
3201   return Changed;
3202 }
3203
3204 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3205 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3206 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3207   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3208
3209   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3210   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3211   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3212   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3213   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3214   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3215     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3216       return false;
3217     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3218   }
3219   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3220
3221   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3222   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3223   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3224     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3225       return false;
3226   }
3227
3228   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3229   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3230
3231   Value *Sub = SI->getCondition();
3232   if (!Offset->isNullValue())
3233     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3234   Value *Cmp;
3235   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3236   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3237     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3238   else
3239     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3240   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3241       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3242
3243   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3244   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3245   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3246   if (HasWeights) {
3247     GetBranchWeights(SI, Weights);
3248     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3249       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3250       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3251       // bits.
3252       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3253       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3254         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3255       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3256                          MDBuilder(SI->getContext()).
3257                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3258                                              (uint32_t)Weights[0]));
3259     }
3260   }
3261
3262   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3263   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3264        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3265     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3266       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3267   }
3268   SI->eraseFromParent();
3269
3270   return true;
3271 }
3272
3273 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3274 /// and use it to remove dead cases.
3275 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, const DataLayout *DL,
3276                                      AssumptionTracker *AT) {
3277   Value *Cond = SI->getCondition();
3278   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3279   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3280   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AT, SI);
3281
3282   // Gather dead cases.
3283   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3284   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3285     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3286         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3287       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3288       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3289                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3290     }
3291   }
3292
3293   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3294   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3295   if (HasWeight) {
3296     GetBranchWeights(SI, Weights);
3297     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3298   }
3299
3300   // Remove dead cases from the switch.
3301   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3302     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3303     assert(Case != SI->case_default() &&
3304            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3305     if (HasWeight) {
3306       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3307       Weights.pop_back();
3308     }
3309
3310     // Prune unused values from PHI nodes.
3311     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3312     SI->removeCase(Case);
3313   }
3314   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3315     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3316     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3317                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3318                     createBranchWeights(MDWeights));
3319   }
3320
3321   return !DeadCases.empty();
3322 }
3323
3324 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3325 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3326 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3327 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3328 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3329 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3330                                               BasicBlock *BB,
3331                                               int *PhiIndex) {
3332   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3333     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3334   if (!BB->getSinglePredecessor())
3335     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
3336
3337   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3338   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3339     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
3340
3341   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3342
3343   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3344   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3345     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3346     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3347
3348     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3349     if (InValue != CaseValue) continue;
3350
3351     *PhiIndex = Idx;
3352     return PHI;
3353   }
3354
3355   return nullptr;
3356 }
3357
3358 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3359 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3360 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3361 /// Returns true if a change is made.
3362 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3363   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3364   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3365
3366   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3367     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3368     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3369
3370     int PhiIndex;
3371     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3372                                                  &PhiIndex);
3373     if (!PHI) continue;
3374
3375     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3376   }
3377
3378   bool Changed = false;
3379
3380   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3381        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3382     PHINode *Phi = I->first;
3383     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3384
3385     if (Indexes.size() < 2) continue;
3386
3387     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3388       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3389     Changed = true;
3390   }
3391
3392   return Changed;
3393 }
3394
3395 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3396 /// initializing an array of constants like C.
3397 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3398   if (C->isThreadDependent())
3399     return false;
3400   if (C->isDLLImportDependent())
3401     return false;
3402
3403   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3404     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3405
3406   return isa<ConstantFP>(C) ||
3407       isa<ConstantInt>(C) ||
3408       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3409       isa<GlobalValue>(C) ||
3410       isa<UndefValue>(C);
3411 }
3412
3413 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3414 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3415 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3416                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3417   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3418     return C;
3419   return ConstantPool.lookup(V);
3420 }
3421
3422 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3423 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3424 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3425 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3426 static Constant *
3427 ConstantFold(Instruction *I,
3428              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool,
3429              const DataLayout *DL) {
3430   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3431     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3432     if (!A)
3433       return nullptr;
3434     if (A->isAllOnesValue())
3435       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3436     if (A->isNullValue())
3437       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3438     return nullptr;
3439   }
3440
3441   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3442   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3443     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3444       COps.push_back(A);
3445     else
3446       return nullptr;
3447   }
3448
3449   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I))
3450     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3451                                            COps[1], DL);
3452
3453   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3454 }
3455
3456 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3457 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3458 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3459 /// case), of a switch instruction SI.
3460 static bool
3461 GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3462                ConstantInt *CaseVal,
3463                BasicBlock *CaseDest,
3464                BasicBlock **CommonDest,
3465                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *> > &Res,
3466                const DataLayout *DL) {
3467   // The block from which we enter the common destination.
3468   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3469
3470   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3471   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3472   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3473   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3474   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3475        ++I) {
3476     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3477       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3478       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3479         return false;
3480       Pred = CaseDest;
3481       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3482     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3483       // Skip debug intrinsic.
3484       continue;
3485     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool, DL)) {
3486       // Instruction is side-effect free and constant.
3487       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3488     } else {
3489       break;
3490     }
3491   }
3492
3493   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3494   if (!*CommonDest)
3495     *CommonDest = CaseDest;
3496   // If the destination isn't the common one, abort.
3497   if (CaseDest != *CommonDest)
3498     return false;
3499
3500   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3501   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3502   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3503     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3504     if (Idx == -1)
3505       continue;
3506
3507     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3508                                         ConstantPool);
3509     if (!ConstVal)
3510       return false;
3511
3512     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3513     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3514     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3515     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3516     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3517
3518     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3519     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3520       return false;
3521
3522     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3523   }
3524
3525   return Res.size() > 0;
3526 }
3527
3528 // MapCaseToResult - Helper function used to
3529 // add CaseVal to the list of cases that generate Result.
3530 static void MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
3531     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3532     Constant *Result) {
3533   for (auto &I : UniqueResults) {
3534     if (I.first == Result) {
3535       I.second.push_back(CaseVal);
3536       return;
3537     }
3538   }
3539   UniqueResults.push_back(std::make_pair(Result,
3540         SmallVector<ConstantInt*, 4>(1, CaseVal)));
3541 }
3542
3543 // InitializeUniqueCases - Helper function that initializes a map containing
3544 // results for the PHI node of the common destination block for a switch
3545 // instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
3546 // there is not a common destination block for the switch.
3547 static bool InitializeUniqueCases(
3548     SwitchInst *SI, const DataLayout *DL, PHINode *&PHI,
3549     BasicBlock *&CommonDest,
3550     SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
3551     Constant *&DefaultResult) {
3552   for (auto &I : SI->cases()) {
3553     ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
3554
3555     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3556     SwitchCaseResultsTy Results;
3557     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
3558                         DL))
3559       return false;
3560
3561     // Only one value per case is permitted
3562     if (Results.size() > 1)
3563       return false;
3564     MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
3565
3566     // Check the PHI consistency.
3567     if (!PHI)
3568       PHI = Results[0].first;
3569     else if (PHI != Results[0].first)
3570       return false;
3571   }
3572   // Find the default result value.
3573   SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
3574   BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
3575   GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
3576                  DL);
3577   // If the default value is not found abort unless the default destination
3578   // is unreachable.
3579   DefaultResult =
3580       DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
3581   if ((!DefaultResult &&
3582         !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
3583     return false;
3584
3585   return true;
3586 }
3587
3588 // ConvertTwoCaseSwitch - Helper function that checks if it is possible to
3589 // transform a switch with only two cases (or two cases + default)
3590 // that produces a result into a value select.
3591 // Example:
3592 // switch (a) {
3593 //   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
3594 //     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
3595 //   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
3596 //     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
3597 //   default:
3598 //     return 4;
3599 // }
3600 static Value *
3601 ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
3602                      Constant *DefaultResult, Value *Condition,
3603                      IRBuilder<> &Builder) {
3604   assert(ResultVector.size() == 2 &&
3605       "We should have exactly two unique results at this point");
3606   // If we are selecting between only two cases transform into a simple
3607   // select or a two-way select if default is possible.
3608   if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
3609       ResultVector[1].second.size() == 1) {
3610     ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
3611     ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
3612
3613     bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
3614     Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
3615     if (DefaultCanTrigger) {
3616       Value *const ValueCompare =
3617           Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
3618       SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
3619                                          DefaultResult, "switch.select");
3620     }
3621     Value *const ValueCompare =
3622         Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
3623     return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first, SelectValue,
3624                                 "switch.select");
3625   }
3626
3627   return nullptr;
3628 }
3629
3630 // RemoveSwitchAfterSelectConversion - Helper function to cleanup a switch
3631 // instruction that has been converted into a select, fixing up PHI nodes and
3632 // basic blocks.
3633 static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
3634                                               Value *SelectValue,
3635                                               IRBuilder<> &Builder) {
3636   BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
3637   while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
3638     PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
3639   PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
3640
3641   Builder.CreateBr(PHI->getParent());
3642
3643   // Remove the switch.
3644   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3645     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3646
3647     if (Succ == PHI->getParent())
3648       continue;
3649     Succ->removePredecessor(SelectBB);
3650   }
3651   SI->eraseFromParent();
3652 }
3653
3654 /// SwitchToSelect - If the switch is only used to initialize one or more
3655 /// phi nodes in a common successor block with only two different
3656 /// constant values, replace the switch with select.
3657 static bool SwitchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
3658                            const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT) {
3659   Value *const Cond = SI->getCondition();
3660   PHINode *PHI = nullptr;
3661   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
3662   Constant *DefaultResult;
3663   SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
3664   // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
3665   if (!InitializeUniqueCases(SI, DL, PHI, CommonDest, UniqueResults,
3666                              DefaultResult))
3667     return false;
3668   // Selects choose between maximum two values.
3669   if (UniqueResults.size() != 2)
3670     return false;
3671   assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
3672
3673   Builder.SetInsertPoint(SI);
3674   Value *SelectValue = ConvertTwoCaseSwitch(
3675       UniqueResults,
3676       DefaultResult, Cond, Builder);
3677   if (SelectValue) {
3678     RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
3679     return true;
3680   }
3681   // The switch couldn't be converted into a select.
3682   return false;
3683 }
3684
3685 namespace {
3686   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3687   /// to replace a switch.
3688   class SwitchLookupTable {
3689   public:
3690     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3691     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3692     /// table.
3693     SwitchLookupTable(Module &M,
3694                       uint64_t TableSize,
3695                       ConstantInt *Offset,
3696              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3697                       Constant *DefaultValue,
3698                       const DataLayout *DL);
3699
3700     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3701     /// the position given by Index in the lookup table.
3702     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3703
3704     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3705     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3706     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3707                                    uint64_t TableSize,
3708                                    const Type *ElementType);
3709
3710   private:
3711     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3712     // different ways.
3713     enum {
3714       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3715       // store that single value and return it for each lookup.
3716       SingleValueKind,
3717
3718       // For tables where there is a linear relationship between table index
3719       // and values. We calculate the result with a simple multiplication
3720       // and addition instead of a table lookup.
3721       LinearMapKind,
3722
3723       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3724       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3725       // shift and mask operations.
3726       BitMapKind,
3727
3728       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3729       // instructions from the table.
3730       ArrayKind
3731     } Kind;
3732
3733     // For SingleValueKind, this is the single value.
3734     Constant *SingleValue;
3735
3736     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3737     ConstantInt *BitMap;
3738     IntegerType *BitMapElementTy;
3739
3740     // For LinearMapKind, these are the constants used to derive the value.
3741     ConstantInt *LinearOffset;
3742     ConstantInt *LinearMultiplier;
3743
3744     // For ArrayKind, this is the array.
3745     GlobalVariable *Array;
3746   };
3747 }
3748
3749 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3750                                      uint64_t TableSize,
3751                                      ConstantInt *Offset,
3752              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3753                                      Constant *DefaultValue,
3754                                      const DataLayout *DL)
3755     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
3756       LinearOffset(nullptr), LinearMultiplier(nullptr), Array(nullptr) {
3757   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3758   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3759
3760   // If all values in the table are equal, this is that value.
3761   SingleValue = Values.begin()->second;
3762
3763   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
3764
3765   // Build up the table contents.
3766   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3767   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3768     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3769     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3770     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
3771
3772     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3773                    .getLimitedValue();
3774     TableContents[Idx] = CaseRes;
3775
3776     if (CaseRes != SingleValue)
3777       SingleValue = nullptr;
3778   }
3779
3780   // Fill in any holes in the table with the default result.
3781   if (Values.size() < TableSize) {
3782     assert(DefaultValue &&
3783            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
3784     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
3785     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3786       if (!TableContents[I])
3787         TableContents[I] = DefaultValue;
3788     }
3789
3790     if (DefaultValue != SingleValue)
3791       SingleValue = nullptr;
3792   }
3793
3794   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3795   // that single value.
3796   if (SingleValue) {
3797     Kind = SingleValueKind;
3798     return;
3799   }
3800
3801   // Check if we can derive the value with a linear transformation from the
3802   // table index.
3803   if (isa<IntegerType>(ValueType)) {
3804     bool LinearMappingPossible = true;
3805     APInt PrevVal;
3806     APInt DistToPrev;
3807     assert(TableSize >= 2 && "Should be a SingleValue table.");
3808     // Check if there is the same distance between two consecutive values.
3809     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3810       ConstantInt *ConstVal = dyn_cast<ConstantInt>(TableContents[I]);
3811       if (!ConstVal) {
3812         // This is an undef. We could deal with it, but undefs in lookup tables
3813         // are very seldom. It's probably not worth the additional complexity.
3814         LinearMappingPossible = false;
3815         break;
3816       }
3817       APInt Val = ConstVal->getValue();
3818       if (I != 0) {
3819         APInt Dist = Val - PrevVal;
3820         if (I == 1) {
3821           DistToPrev = Dist;
3822         } else if (Dist != DistToPrev) {
3823           LinearMappingPossible = false;
3824           break;
3825         }
3826       }
3827       PrevVal = Val;
3828     }
3829     if (LinearMappingPossible) {
3830       LinearOffset = cast<ConstantInt>(TableContents[0]);
3831       LinearMultiplier = ConstantInt::get(M.getContext(), DistToPrev);
3832       Kind = LinearMapKind;
3833       ++NumLinearMaps;
3834       return;
3835     }
3836   }
3837
3838   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3839   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
3840     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
3841     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3842     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3843       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3844       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3845       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3846         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3847         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3848       }
3849     }
3850     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3851     BitMapElementTy = IT;
3852     Kind = BitMapKind;
3853     ++NumBitMaps;
3854     return;
3855   }
3856
3857   // Store the table in an array.
3858   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
3859   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3860
3861   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3862                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3863                              Initializer,
3864                              "switch.table");
3865   Array->setUnnamedAddr(true);
3866   Kind = ArrayKind;
3867 }
3868
3869 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3870   switch (Kind) {
3871     case SingleValueKind:
3872       return SingleValue;
3873     case LinearMapKind: {
3874       // Derive the result value from the input value.
3875       Value *Result = Builder.CreateIntCast(Index, LinearMultiplier->getType(),
3876                                             false, "switch.idx.cast");
3877       if (!LinearMultiplier->isOne())
3878         Result = Builder.CreateMul(Result, LinearMultiplier, "switch.idx.mult");
3879       if (!LinearOffset->isZero())
3880         Result = Builder.CreateAdd(Result, LinearOffset, "switch.offset");
3881       return Result;
3882     }
3883     case BitMapKind: {
3884       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3885       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3886
3887       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3888       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3889       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3890       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3891
3892       // Multiply the shift amount by the element width.
3893       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3894                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3895                                    "switch.shiftamt");
3896
3897       // Shift down.
3898       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3899                                               "switch.downshift");
3900       // Mask off.
3901       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3902                                  "switch.masked");
3903     }
3904     case ArrayKind: {
3905       // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
3906       IntegerType *IT = cast<IntegerType>(Index->getType());
3907       uint64_t TableSize = Array->getInitializer()->getType()
3908                                 ->getArrayNumElements();
3909       if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
3910         Index = Builder.CreateZExt(Index,
3911                                    IntegerType::get(IT->getContext(),
3912                                                     IT->getBitWidth() + 1),
3913                                    "switch.tableidx.zext");
3914
3915       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3916       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3917                                              "switch.gep");
3918       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3919     }
3920   }
3921   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3922 }
3923
3924 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3925                                            uint64_t TableSize,
3926                                            const Type *ElementType) {
3927   if (!DL)
3928     return false;
3929   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3930   if (!IT)
3931     return false;
3932   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3933   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3934
3935   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3936   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3937     return false;
3938   return DL->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3939 }
3940
3941 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3942 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3943 /// types of the results.
3944 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3945                                    uint64_t TableSize,
3946                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3947                                    const DataLayout *DL,
3948                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3949   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3950     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3951
3952   bool AllTablesFitInRegister = true;
3953   bool HasIllegalType = false;
3954   for (const auto &I : ResultTypes) {
3955     Type *Ty = I.second;
3956
3957     // Saturate this flag to true.
3958     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3959
3960     // Saturate this flag to false.
3961     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3962       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
3963
3964     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3965     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3966     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3967     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3968       break;
3969   }
3970
3971   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3972   if (AllTablesFitInRegister)
3973     return true;
3974
3975   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3976   if (HasIllegalType)
3977     return false;
3978
3979   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3980   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3981   // FIXME: Find the best cut-off.
3982   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3983 }
3984
3985 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3986 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3987 /// replace the switch with lookup tables.
3988 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3989                                 IRBuilder<> &Builder,
3990                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3991                                 const DataLayout* DL) {
3992   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3993
3994   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3995   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3996     return false;
3997
3998   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3999   // split off a dense part and build a lookup table for that.
4000
4001   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
4002   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
4003   // string and lookup indices into that.
4004
4005   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
4006   // faster, so we don't analyze them.
4007   if (SI->getNumCases() < 3)
4008     return false;
4009
4010   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
4011   // common destination, as well as the the min and max case values.
4012   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
4013   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
4014   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
4015   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
4016
4017   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
4018   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
4019   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
4020   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
4021   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
4022   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
4023
4024   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
4025     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
4026     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
4027       MinCaseVal = CaseVal;
4028     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
4029       MaxCaseVal = CaseVal;
4030
4031     // Resulting value at phi nodes for this case value.
4032     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
4033     ResultsTy Results;
4034     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
4035                         Results, DL))
4036       return false;
4037
4038     // Append the result from this case to the list for each phi.
4039     for (const auto &I : Results) {
4040       PHINode *PHI = I.first;
4041       Constant *Value = I.second;
4042       if (!ResultLists.count(PHI))
4043         PHIs.push_back(PHI);
4044       ResultLists[PHI].push_back(std::make_pair(CaseVal, Value));
4045     }
4046   }
4047
4048   // Keep track of the result types.
4049   for (PHINode *PHI : PHIs) {
4050     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
4051   }
4052
4053   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
4054   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
4055   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
4056   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
4057
4058   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
4059   // or a bitmask that fits in a register.
4060   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
4061   bool HasDefaultResults = false;
4062   if (TableHasHoles) {
4063     HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
4064                                        &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
4065   }
4066
4067   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
4068   if (NeedMask) {
4069     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
4070     if (SI->getNumCases() < 4)  // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
4071       return false;
4072     if (!(DL && DL->fitsInLegalInteger(TableSize)))
4073       return false;
4074   }
4075
4076   for (const auto &I : DefaultResultsList) {
4077     PHINode *PHI = I.first;
4078     Constant *Result = I.second;
4079     DefaultResults[PHI] = Result;
4080   }
4081
4082   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
4083     return false;
4084
4085   // Create the BB that does the lookups.
4086   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
4087   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4088                                             "switch.lookup",
4089                                             CommonDest->getParent(),
4090                                             CommonDest);
4091
4092   // Compute the table index value.
4093   Builder.SetInsertPoint(SI);
4094   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
4095                                         "switch.tableidx");
4096
4097   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
4098   // switching upon.
4099   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
4100   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
4101   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
4102          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
4103          "representable value of its input integer type's size.");
4104
4105   // If we have a fully covered lookup table, unconditionally branch to the
4106   // lookup table BB. Otherwise, check if the condition value is within the case
4107   // range. If it is so, branch to the new BB. Otherwise branch to SI's default
4108   // destination.
4109   const bool GeneratingCoveredLookupTable = MaxTableSize == TableSize;
4110   if (GeneratingCoveredLookupTable) {
4111     Builder.CreateBr(LookupBB);
4112     // We cached PHINodes in PHIs, to avoid accessing deleted PHINodes later,
4113     // do not delete PHINodes here.
4114     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent(),
4115                                             true/*DontDeleteUselessPHIs*/);
4116   } else {
4117     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
4118                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
4119     Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4120   }
4121
4122   // Populate the BB that does the lookups.
4123   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4124
4125   if (NeedMask) {
4126     // Before doing the lookup we do the hole check.
4127     // The LookupBB is therefore re-purposed to do the hole check
4128     // and we create a new LookupBB.
4129     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
4130     MaskBB->setName("switch.hole_check");
4131     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
4132                                   "switch.lookup",
4133                                   CommonDest->getParent(),
4134                                   CommonDest);
4135
4136     // Make the mask's bitwidth at least 8bit and a power-of-2 to avoid
4137     // unnecessary illegal types.
4138     uint64_t TableSizePowOf2 = NextPowerOf2(std::max(7ULL, TableSize - 1ULL));
4139     APInt MaskInt(TableSizePowOf2, 0);
4140     APInt One(TableSizePowOf2, 1);
4141     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
4142     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
4143     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
4144       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
4145                       MinCaseVal->getValue()).getLimitedValue();
4146       MaskInt |= One << Idx;
4147     }
4148     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
4149
4150     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
4151     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
4152     // else continue with table lookup.
4153     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
4154     Value *MaskIndex = Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy,
4155                                                  "switch.maskindex");
4156     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex,
4157                                         "switch.shifted");
4158     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(Shifted,
4159                                        Type::getInt1Ty(Mod.getContext()),
4160                                        "switch.lobit");
4161     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
4162
4163     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
4164     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
4165   }
4166
4167   bool ReturnedEarly = false;
4168   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
4169     PHINode *PHI = PHIs[I];
4170
4171     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
4172     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
4173     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
4174                             DV, DL);
4175
4176     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
4177
4178     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
4179     // do that right here.
4180     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
4181         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
4182       Builder.CreateRet(Result);
4183       ReturnedEarly = true;
4184       break;
4185     }
4186
4187     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
4188   }
4189
4190   if (!ReturnedEarly)
4191     Builder.CreateBr(CommonDest);
4192
4193   // Remove the switch.
4194   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
4195     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
4196
4197     if (Succ == SI->getDefaultDest())
4198       continue;
4199     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
4200   }
4201   SI->eraseFromParent();
4202
4203   ++NumLookupTables;
4204   if (NeedMask)
4205     ++NumLookupTablesHoles;
4206   return true;
4207 }
4208
4209 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
4210   BasicBlock *BB = SI->getParent();
4211
4212   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
4213     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4214     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
4215     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4216       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
4217         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4218
4219     Value *Cond = SI->getCondition();
4220     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
4221       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
4222         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4223
4224     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
4225     // away into any preds.
4226     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
4227     // Ignore dbg intrinsics.
4228     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
4229       ++BBI;
4230     if (SI == &*BBI)
4231       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
4232         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4233   }
4234
4235   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
4236   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
4237     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4238
4239   // Remove unreachable cases.
4240   if (EliminateDeadSwitchCases(SI, DL, AT))
4241     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4242
4243   if (SwitchToSelect(SI, Builder, DL, AT))
4244     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4245
4246   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
4247     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4248
4249   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, DL))
4250     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4251
4252   return false;
4253 }
4254
4255 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
4256   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
4257   bool Changed = false;
4258
4259   // Eliminate redundant destinations.
4260   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
4261   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
4262     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
4263     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest).second) {
4264       Dest->removePredecessor(BB);
4265       IBI->removeDestination(i);
4266       --i; --e;
4267       Changed = true;
4268     }
4269   }
4270
4271   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
4272     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
4273     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
4274     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4275     return true;
4276   }
4277
4278   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
4279     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
4280     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
4281     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
4282     return true;
4283   }
4284
4285   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
4286     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
4287       return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4288   }
4289   return Changed;
4290 }
4291
4292 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
4293   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4294
4295   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
4296     return true;
4297
4298   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
4299   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbg();
4300   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
4301       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
4302     return true;
4303
4304   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
4305   // against a constant, try to simplify the block.
4306   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
4307     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
4308       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
4309         ;
4310       if (I->isTerminator() &&
4311           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI,
4312                                                 BonusInstThreshold, DL, AT))
4313         return true;
4314     }
4315
4316   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4317   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
4318   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
4319   // for PHI nodes in common successor.
4320   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
4321     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4322   return false;
4323 }
4324
4325
4326 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
4327   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4328
4329   // Conditional branch
4330   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
4331     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4332     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
4333     // switch.
4334     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4335       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
4336         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4337
4338     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
4339     // Ignore dbg intrinsics.
4340     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
4341     // Ignore dbg intrinsics.
4342     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4343       ++I;
4344     if (&*I == BI) {
4345       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4346         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4347     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4348       ++I;
4349       // Ignore dbg intrinsics.
4350       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4351         ++I;
4352       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4353         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4354     }
4355   }
4356
4357   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4358   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, DL, Builder))
4359     return true;
4360
4361   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4362   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4363   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4364   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
4365     return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4366
4367   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4368   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4369   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4370   // can hoist it up to the branching block.
4371   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
4372     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4373       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, DL))
4374         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4375     } else {
4376       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4377       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
4378       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4379       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4380           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4381         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), DL))
4382           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4383     }
4384   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4385     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4386     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
4387     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4388     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4389         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4390       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), DL))
4391         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4392   }
4393
4394   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4395   // through this block if any PHI node entries are constants.
4396   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4397     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4398       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4399         return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4400
4401   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4402   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4403     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4404       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4405         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4406           return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AT) | true;
4407
4408   return false;
4409 }
4410
4411 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4412 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4413   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4414   if (!C)
4415     return false;
4416
4417   if (I->use_empty())
4418     return false;
4419
4420   if (C->isNullValue()) {
4421     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4422     User *Use = *I->user_begin();
4423
4424     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4425     // control flow (eg. calls)
4426     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4427       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4428         return false;
4429
4430     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4431     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4432       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4433         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4434
4435     // Look through bitcasts.
4436     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4437       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4438
4439     // Load from null is undefined.
4440     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4441       if (!LI->isVolatile())
4442         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4443
4444     // Store to null is undefined.
4445     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4446       if (!SI->isVolatile())
4447         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4448   }
4449   return false;
4450 }
4451
4452 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4453 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4454 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4455   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4456        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4457     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4458       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4459         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4460         IRBuilder<> Builder(T);
4461         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4462           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4463           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4464           // destination from conditional branches.
4465           if (BI->isUnconditional())
4466             Builder.CreateUnreachable();
4467           else
4468             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4469                                                          BI->getSuccessor(0));
4470           BI->eraseFromParent();
4471           return true;
4472         }
4473         // TODO: SwitchInst.
4474       }
4475
4476   return false;
4477 }
4478
4479 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4480   bool Changed = false;
4481
4482   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4483   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4484
4485   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4486   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4487   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4488        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4489       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4490     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4491     DeleteDeadBlock(BB);
4492     return true;
4493   }
4494
4495   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4496   // away...
4497   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4498
4499   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4500   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4501
4502   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4503   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4504
4505   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4506   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4507   // if there are no PHI nodes.
4508   //
4509   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4510     return true;
4511
4512   IRBuilder<> Builder(BB);
4513
4514   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4515   // eliminate it, do so now.
4516   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4517     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4518       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, DL);
4519
4520   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4521   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4522     if (BI->isUnconditional()) {
4523       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4524     } else {
4525       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4526     }
4527   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4528     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4529   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4530     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4531   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4532     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4533   } else if (UnreachableInst *UI =
4534                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4535     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4536   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4537                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4538     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4539   }
4540
4541   return Changed;
4542 }
4543
4544 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4545 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4546 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4547 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4548 ///
4549 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4550                        unsigned BonusInstThreshold,
4551                        const DataLayout *DL, AssumptionTracker *AT) {
4552   return SimplifyCFGOpt(TTI, BonusInstThreshold, DL, AT).run(BB);
4553 }