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