PGO: preserve branch-weight metadata when simplifying a switch with a single
[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/Constants.h"
17 #include "llvm/DerivedTypes.h"
18 #include "llvm/GlobalVariable.h"
19 #include "llvm/IRBuilder.h"
20 #include "llvm/Instructions.h"
21 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
22 #include "llvm/LLVMContext.h"
23 #include "llvm/MDBuilder.h"
24 #include "llvm/Metadata.h"
25 #include "llvm/Module.h"
26 #include "llvm/Operator.h"
27 #include "llvm/Type.h"
28 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
29 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
30 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
34 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
35 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
36 #include "llvm/Support/CFG.h"
37 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
38 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include "llvm/Target/TargetData.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
44 #include <algorithm>
45 #include <set>
46 #include <map>
47 using namespace llvm;
48
49 static cl::opt<unsigned>
50 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
51    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
52
53 static cl::opt<bool>
54 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
55        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
56
57 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
58 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
59
60 namespace {
61   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
62   struct ValueEqualityComparisonCase {
63     ConstantInt *Value;
64     BasicBlock *Dest;
65
66     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
67       : Value(Value), Dest(Dest) {}
68
69     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
70       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
71       return Value < RHS.Value;
72     }
73   };
74
75 class SimplifyCFGOpt {
76   const TargetData *const TD;
77
78   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
79   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
80                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
81   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
82                                                      BasicBlock *Pred,
83                                                      IRBuilder<> &Builder);
84   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
85                                            IRBuilder<> &Builder);
86
87   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
88   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
89   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
90   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
91   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
92   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
93   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
94
95 public:
96   explicit SimplifyCFGOpt(const TargetData *td) : TD(td) {}
97   bool run(BasicBlock *BB);
98 };
99 }
100
101 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
102 /// terminator instructions together.
103 ///
104 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
105   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
106
107   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
108   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
109   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
110   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
111   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
112   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
113
114   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
115     if (SI1Succs.count(*I))
116       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
117            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
118         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
119         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
120             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
121           return false;
122       }
123
124   return true;
125 }
126
127 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
128 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
129 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
130 /// successors.
131 ///
132 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
133                                           BranchInst *SI2,
134                                           Instruction *Cond,
135                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
136   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
137   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
138
139   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
140   // common successors:
141   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
142   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
143   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
144   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
145   if (!Ci2) return false;
146   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
147         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
148       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
149         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
150     return false;
151
152   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
153   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
154   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
155   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
156     if (SI1Succs.count(*I))
157       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
158            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
159         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
160         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
161             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
162           return false;
163         PhiNodes.push_back(PN);
164       }
165   return true;
166 }
167
168 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
169 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
170 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
171 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
172 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
173                                   BasicBlock *ExistPred) {
174   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
175
176   PHINode *PN;
177   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
178        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
179     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
180 }
181
182
183 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
184 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
185 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
186 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
187 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
188 /// be entered if the condition is false.
189 ///
190 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
191 /// instructions in them.
192 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
193                              BasicBlock *&IfFalse) {
194   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
195   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
196          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
197   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
198   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
199
200   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
201   // branches if possible anyway.
202   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
203   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
204   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
205     return 0;
206
207   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
208   // either are.
209   if (Pred2Br->isConditional()) {
210     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
211     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
212     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
213     // probably not profitable.
214     if (Pred1Br->isConditional())
215       return 0;
216
217     std::swap(Pred1, Pred2);
218     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
219   }
220
221   if (Pred1Br->isConditional()) {
222     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
223     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
224     // doesn't dominate BB.
225     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
226       return 0;
227
228     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
229     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
230     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
231         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
232       IfTrue = Pred1;
233       IfFalse = Pred2;
234     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
235                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
236       IfTrue = Pred2;
237       IfFalse = Pred1;
238     } else {
239       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
240       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
241       return 0;
242     }
243
244     return Pred1Br->getCondition();
245   }
246
247   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
248   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
249   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
250   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
251   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
252     return 0;
253
254   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
255   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
256   if (BI == 0) return 0;
257
258   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
259   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
260     IfTrue = Pred1;
261     IfFalse = Pred2;
262   } else {
263     IfTrue = Pred2;
264     IfFalse = Pred1;
265   }
266   return BI->getCondition();
267 }
268
269 /// ComputeSpeculuationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
270 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
271 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
272 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
273   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
274          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
275   switch (Operator::getOpcode(I)) {
276   default:
277     // In doubt, be conservative.
278     return UINT_MAX;
279   case Instruction::GetElementPtr:
280     // GEPs are cheap if all indices are constant.
281     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
282       return UINT_MAX;
283     return 1;
284   case Instruction::Load:
285   case Instruction::Add:
286   case Instruction::Sub:
287   case Instruction::And:
288   case Instruction::Or:
289   case Instruction::Xor:
290   case Instruction::Shl:
291   case Instruction::LShr:
292   case Instruction::AShr:
293   case Instruction::ICmp:
294   case Instruction::Trunc:
295   case Instruction::ZExt:
296   case Instruction::SExt:
297     return 1; // These are all cheap.
298
299   case Instruction::Call:
300   case Instruction::Select:
301     return 2;
302   }
303 }
304
305 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
306 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
307 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
308 /// which works well enough for us.
309 ///
310 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
311 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
312 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
313 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
314 /// set and true is returned.
315 ///
316 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
317 /// Select whose cost is 2.
318 ///
319 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
320 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
321 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
322 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
323                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
324                                 unsigned &CostRemaining) {
325   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
326   if (!I) {
327     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
328     // can be executed unconditionally.
329     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
330       if (C->canTrap())
331         return false;
332     return true;
333   }
334   BasicBlock *PBB = I->getParent();
335
336   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
337   // the bottom of this block.
338   if (PBB == BB) return false;
339
340   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
341   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
342   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
343   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
344   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
345     return true;
346
347   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
348   // instructions in the 'if region'.
349   if (AggressiveInsts == 0) return false;
350
351   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
352   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
353
354   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
355   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
356   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
357   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
358     return false;
359
360   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
361
362   if (Cost > CostRemaining)
363     return false;
364
365   CostRemaining -= Cost;
366
367   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
368   // not take us over the cost threshold.
369   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
370     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
371       return false;
372   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
373   AggressiveInsts->insert(I);
374   return true;
375 }
376
377 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
378 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
379 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const TargetData *TD) {
380   // Normal constant int.
381   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
382   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
383     return CI;
384
385   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
386   // ConstantInt if possible.
387   IntegerType *PtrTy = TD->getIntPtrType(V->getContext());
388
389   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
390   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
391     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
392
393   // IntToPtr const int.
394   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
395     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
396       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
397         // The constant is very likely to have the right type already.
398         if (CI->getType() == PtrTy)
399           return CI;
400         else
401           return cast<ConstantInt>
402             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
403       }
404   return 0;
405 }
406
407 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
408 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
409 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
410 /// Values vector.
411 static Value *
412 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
413                        const TargetData *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
414   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
415   if (I == 0) return 0;
416
417   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
418   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
419     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
420       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
421         UsedICmps++;
422         Vals.push_back(C);
423         return I->getOperand(0);
424       }
425
426       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
427       // the set.
428       ConstantRange Span =
429         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
430
431       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
432       // x != 0 && x != 1.
433       if (!isEQ)
434         Span = Span.inverse();
435
436       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
437       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
438         return 0;
439
440       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
441         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
442       UsedICmps++;
443       return I->getOperand(0);
444     }
445     return 0;
446   }
447
448   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
449   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
450     return 0;
451
452   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
453   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
454   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
455                                           isEQ, UsedICmps)) {
456     unsigned NumVals = Vals.size();
457     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
458     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
459                                             isEQ, UsedICmps)) {
460       if (LHS == RHS)
461         return LHS;
462       Vals.resize(NumVals);
463       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
464     }
465
466     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
467     // set it and return success.
468     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
469       Extra = I->getOperand(1);
470       return LHS;
471     }
472
473     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
474     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
475     return 0;
476   }
477
478   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
479   // use LHS as Extra.
480   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
481     Value *OldExtra = Extra;
482     Extra = I->getOperand(0);
483     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
484                                             isEQ, UsedICmps))
485       return RHS;
486     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
487     Extra = OldExtra;
488   }
489
490   return 0;
491 }
492
493 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
494   Instruction *Cond = 0;
495   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
496     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
497   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
498     if (BI->isConditional())
499       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
500   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
501     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
502   }
503
504   TI->eraseFromParent();
505   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
506 }
507
508 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
509 /// to see if a value is equal to constant integer value.
510 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
511   Value *CV = 0;
512   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
513     // Do not permit merging of large switch instructions into their
514     // predecessors unless there is only one predecessor.
515     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
516                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
517       CV = SI->getCondition();
518   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
519     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
520       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
521         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
522              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
523             GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
524           CV = ICI->getOperand(0);
525
526   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
527   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
528     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
529       CV = PTII->getOperand(0);
530   return CV;
531 }
532
533 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
534 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
535 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
536 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
537                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
538                                                                        &Cases) {
539   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
540     Cases.reserve(SI->getNumCases());
541     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
542       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
543                                                   i.getCaseSuccessor()));
544     return SI->getDefaultDest();
545   }
546
547   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
548   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
549   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
550   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
551                                                              TD),
552                                               Succ));
553   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
554 }
555
556
557 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
558 /// in the list that match the specified block.
559 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
560                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
561   for (unsigned i = 0, e = Cases.size(); i != e; ++i)
562     if (Cases[i].Dest == BB) {
563       Cases.erase(Cases.begin()+i);
564       --i; --e;
565     }
566 }
567
568 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
569 /// well.
570 static bool
571 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
572               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
573   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
574
575   // Make V1 be smaller than V2.
576   if (V1->size() > V2->size())
577     std::swap(V1, V2);
578
579   if (V1->size() == 0) return false;
580   if (V1->size() == 1) {
581     // Just scan V2.
582     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
583     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
584       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
585         return true;
586   }
587
588   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
589   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
590   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
591   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
592   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
593     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
594       return true;
595     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
596       ++i1;
597     else
598       ++i2;
599   }
600   return false;
601 }
602
603 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
604 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
605 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
606 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
607 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
608 /// form of jump threading.
609 bool SimplifyCFGOpt::
610 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
611                                               BasicBlock *Pred,
612                                               IRBuilder<> &Builder) {
613   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
614   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
615
616   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
617   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
618   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
619
620   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
621   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
622
623   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
624   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
625   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
626                                                         PredCases);
627   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
628
629   // Find information about how control leaves this block.
630   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
631   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
632   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
633
634   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
635   // simplify TI based on this knowledge.
636   if (PredDef == TI->getParent()) {
637     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
638     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
639     // can simplify TI.
640     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
641       return false;
642
643     if (isa<BranchInst>(TI)) {
644       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
645       // uncond br.
646       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
647       // Insert the new branch.
648       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
649       (void) NI;
650
651       // Remove PHI node entries for the dead edge.
652       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
653
654       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
655            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
656
657       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
658       return true;
659     }
660
661     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
662     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
663     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
664     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
665       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
666
667     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
668                  << "Through successor TI: " << *TI);
669
670     // Collect branch weights into a vector.
671     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
672     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
673     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
674     if (HasWeight)
675       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
676            ++MD_i) {
677         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
678         assert(CI);
679         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
680       }
681     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
682       --i;
683       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
684         if (HasWeight) {
685           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
686           Weights.pop_back();
687         }
688         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
689         SI->removeCase(i);
690       }
691     }
692     if (HasWeight)
693       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
694                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
695                       createBranchWeights(Weights));
696
697     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
698     return true;
699   }
700
701   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
702   // which value (or set of values) this is.
703   ConstantInt *TIV = 0;
704   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
705   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
706     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
707       if (TIV != 0)
708         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
709       TIV = PredCases[i].Value;
710     }
711   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
712
713   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
714   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
715   BasicBlock *TheRealDest = 0;
716   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
717     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
718       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
719       break;
720     }
721
722   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
723   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
724
725   // Remove PHI node entries for dead edges.
726   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
727   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
728     if (*SI != CheckEdge)
729       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
730     else
731       CheckEdge = 0;
732
733   // Insert the new branch.
734   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
735   (void) NI;
736
737   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
738             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
739
740   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
741   return true;
742 }
743
744 namespace {
745   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
746   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
747   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
748   struct ConstantIntOrdering {
749     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
750       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
751     }
752   };
753 }
754
755 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
756   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
757   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
758   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
759     return 1;
760   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
761     return 0;
762   return -1;
763 }
764
765 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
766   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
767   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
768     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
769       return MDS->getString().equals("branch_weights");
770
771   return false;
772 }
773
774 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
775 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
776 /// metadata.
777 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
778                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
779   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
780   assert(MD);
781   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
782     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
783     assert(CI);
784     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
785   }
786
787   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
788   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
789   // default weight to be the first entry.
790   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
791     assert(Weights.size() == 2);
792     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
793     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
794       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
795   }
796 }
797
798 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
799 /// weights if any are.
800 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
801   bool Halve = false;
802   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
803     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
804       Halve = true;
805       break;
806     }
807
808   if (! Halve)
809     return;
810
811   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
812     Weights[i] /= 2;
813 }
814
815 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
816 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
817 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
818 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
819 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
820                                                          IRBuilder<> &Builder) {
821   BasicBlock *BB = TI->getParent();
822   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
823   assert(CV && "Not a comparison?");
824   bool Changed = false;
825
826   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
827   while (!Preds.empty()) {
828     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
829
830     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
831     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
832     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
833
834     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
835       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
836       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
837       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
838
839       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
840       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
841
842       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
843       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
844       // build.
845       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
846
847       // Update the branch weight metadata along the way
848       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
849       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
850       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
851
852       if (PredHasWeights) {
853         GetBranchWeights(PTI, Weights);
854         // branch-weight metadata is inconsistant here.
855         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
856           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
857       } else if (SuccHasWeights)
858         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
859         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
860         // successor's weights
861         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
862
863       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
864       if (SuccHasWeights) {
865         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
866         // branch-weight metadata is inconsistant here.
867         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
868           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
869       } else if (PredHasWeights)
870         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
871
872       if (PredDefault == BB) {
873         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
874         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
875         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
876         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
877           if (PredCases[i].Dest != BB)
878             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
879           else {
880             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
881             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
882
883             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
884               // Increase weight for the default case.
885               Weights[0] += Weights[i+1];
886               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
887               Weights.pop_back();
888             }
889
890             PredCases.pop_back();
891             --i; --e;
892           }
893
894         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
895         if (PredDefault != BBDefault) {
896           PredDefault->removePredecessor(Pred);
897           PredDefault = BBDefault;
898           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
899         }
900
901         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
902         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
903         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
904           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
905               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
906             PredCases.push_back(BBCases[i]);
907             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
908             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
909               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
910               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
911               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
912               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
913               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
914             }
915           }
916
917         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
918           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
919           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
920           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
921             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
922           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
923           Weights[0] *= SuccWeights[0];
924         }
925       } else {
926         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
927         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
928         // activated.
929         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
930         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
931         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
932           if (PredCases[i].Dest == BB) {
933             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
934
935             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
936               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
937               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
938               Weights.pop_back();
939             }
940
941             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
942             PredCases.pop_back();
943             --i; --e;
944           }
945
946         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
947         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
948         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
949           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
950             // If this is one we are capable of getting...
951             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
952               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
953             PredCases.push_back(BBCases[i]);
954             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
955             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
956           }
957
958         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
959         // they must go to the default destination of TI.
960         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
961                                     PTIHandled.begin(),
962                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
963           if (PredHasWeights || SuccHasWeights) 
964             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]); 
965           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
966           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
967         }
968       }
969
970       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
971       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
972       // successors.
973       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
974         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
975
976       Builder.SetInsertPoint(PTI);
977       // Convert pointer to int before we switch.
978       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
979         assert(TD && "Cannot switch on pointer without TargetData");
980         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
981                                     "magicptr");
982       }
983
984       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
985       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
986                                                PredCases.size());
987       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
988       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
989         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
990
991       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
992         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
993         FitWeights(Weights);
994
995         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
996
997         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
998                            MDBuilder(BB->getContext()).
999                            createBranchWeights(MDWeights));
1000       }
1001
1002       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1003
1004       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1005       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1006       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1007       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
1008       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1009         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1010           if (InfLoopBlock == 0) {
1011             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1012             // or it won't matter if it's hot. :)
1013             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1014                                               "infloop", BB->getParent());
1015             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1016           }
1017           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1018         }
1019
1020       Changed = true;
1021     }
1022   }
1023   return Changed;
1024 }
1025
1026 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1027 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1028 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1029 // to put the select in this case.
1030 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1031                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1032   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1033     PHINode *PN;
1034     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1035          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1036       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1037       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1038       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1039         return false;
1040       }
1041     }
1042   }
1043   return true;
1044 }
1045
1046 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1047 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1048 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1049 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1050   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1051   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1052   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1053   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1054   // identical order.
1055   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1056   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1057
1058   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1059   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1060
1061   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1062   // Skip debug info if it is not identical.
1063   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1064   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1065   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1066     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1067       I1 = BB1_Itr++;
1068     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1069       I2 = BB2_Itr++;
1070   }
1071   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1072       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1073     return false;
1074
1075   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
1076   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1077
1078   do {
1079     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1080     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1081     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1082       goto HoistTerminator;
1083
1084     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1085     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1086     // the now redundant second instruction.
1087     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1088     if (!I2->use_empty())
1089       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1090     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1091     I2->eraseFromParent();
1092
1093     I1 = BB1_Itr++;
1094     I2 = BB2_Itr++;
1095     // Skip debug info if it is not identical.
1096     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1097     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1098     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1099       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1100         I1 = BB1_Itr++;
1101       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1102         I2 = BB2_Itr++;
1103     }
1104   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1105
1106   return true;
1107
1108 HoistTerminator:
1109   // It may not be possible to hoist an invoke.
1110   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1111     return true;
1112
1113   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1114   Instruction *NT = I1->clone();
1115   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1116   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1117     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1118     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1119     NT->takeName(I1);
1120   }
1121
1122   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1123   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1124   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1125   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1126   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1127   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1128   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1129     PHINode *PN;
1130     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1131          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1132       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1133       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1134       if (BB1V == BB2V) continue;
1135
1136       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1137       // that determines the right value.
1138       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1139       if (SI == 0)
1140         SI = cast<SelectInst>
1141           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1142                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1143
1144       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1145       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1146         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1147           PN->setIncomingValue(i, SI);
1148     }
1149   }
1150
1151   // Update any PHI nodes in our new successors.
1152   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1153     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1154
1155   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1156   return true;
1157 }
1158
1159 /// SpeculativelyExecuteBB - Given a conditional branch that goes to BB1
1160 /// and an BB2 and the only successor of BB1 is BB2, hoist simple code
1161 /// (for now, restricted to a single instruction that's side effect free) from
1162 /// the BB1 into the branch block to speculatively execute it.
1163 ///
1164 /// Turn
1165 /// BB:
1166 ///     %t1 = icmp
1167 ///     br i1 %t1, label %BB1, label %BB2
1168 /// BB1:
1169 ///     %t3 = add %t2, c
1170 ///     br label BB2
1171 /// BB2:
1172 /// =>
1173 /// BB:
1174 ///     %t1 = icmp
1175 ///     %t4 = add %t2, c
1176 ///     %t3 = select i1 %t1, %t2, %t3
1177 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *BB1) {
1178   // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1179   // terminator) for now.
1180   Instruction *HInst = NULL;
1181   Instruction *Term = BB1->getTerminator();
1182   for (BasicBlock::iterator BBI = BB1->begin(), BBE = BB1->end();
1183        BBI != BBE; ++BBI) {
1184     Instruction *I = BBI;
1185     // Skip debug info.
1186     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
1187     if (I == Term) break;
1188
1189     if (HInst)
1190       return false;
1191     HInst = I;
1192   }
1193
1194   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1195
1196   // Check the instruction to be hoisted, if there is one.
1197   if (HInst) {
1198     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1199     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(HInst))
1200       return false;
1201     if (ComputeSpeculationCost(HInst) > PHINodeFoldingThreshold)
1202       return false;
1203
1204     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1205     // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1206     // being sunk into the use block.
1207     for (User::op_iterator i = HInst->op_begin(), e = HInst->op_end();
1208          i != e; ++i) {
1209       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1210       if (OpI && OpI->getParent() == BIParent &&
1211           !OpI->mayHaveSideEffects() &&
1212           !OpI->isUsedInBasicBlock(BIParent))
1213         return false;
1214     }
1215   }
1216
1217   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1218   Value *BrCond = BI->getCondition();
1219   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1220     return false;
1221
1222   // If BB1 is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1223   // to swap the select operands later.
1224   bool Invert = false;
1225   if (BB1 != BI->getSuccessor(0)) {
1226     assert(BB1 == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1227     Invert = true;
1228   }
1229
1230   // Collect interesting PHIs, and scan for hazards.
1231   SmallSetVector<std::pair<Value *, Value *>, 4> PHIs;
1232   BasicBlock *BB2 = BB1->getTerminator()->getSuccessor(0);
1233   for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1234        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1235     Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1236     Value *BIParentV = PN->getIncomingValueForBlock(BIParent);
1237
1238     // Skip PHIs which are trivial.
1239     if (BB1V == BIParentV)
1240       continue;
1241
1242     // Check for saftey.
1243     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BB1V)) {
1244       // An unfolded ConstantExpr could end up getting expanded into
1245       // Instructions. Don't speculate this and another instruction at
1246       // the same time.
1247       if (HInst)
1248         return false;
1249       if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1250         return false;
1251       if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1252         return false;
1253     }
1254
1255     // Ok, we may insert a select for this PHI.
1256     PHIs.insert(std::make_pair(BB1V, BIParentV));
1257   }
1258
1259   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1260   // as well.
1261   if (PHIs.empty())
1262     return false;
1263
1264   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1265   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *BB1 << "\n";);
1266
1267   // Hoist the instruction.
1268   if (HInst)
1269     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), HInst);
1270
1271   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1272   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1273   for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
1274     Value *TrueV = PHIs[i].first;
1275     Value *FalseV = PHIs[i].second;
1276
1277     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1278     // false value is the previously determined FalseV.
1279     SelectInst *SI;
1280     if (Invert)
1281       SI = cast<SelectInst>
1282         (Builder.CreateSelect(BrCond, FalseV, TrueV,
1283                               FalseV->getName() + "." + TrueV->getName()));
1284     else
1285       SI = cast<SelectInst>
1286         (Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1287                               TrueV->getName() + "." + FalseV->getName()));
1288
1289     // Make the PHI node use the select for all incoming values for "then" and
1290     // "if" blocks.
1291     for (BasicBlock::iterator I = BB2->begin();
1292          PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1293       unsigned BB1I = PN->getBasicBlockIndex(BB1);
1294       unsigned BIParentI = PN->getBasicBlockIndex(BIParent);
1295       Value *BB1V = PN->getIncomingValue(BB1I);
1296       Value *BIParentV = PN->getIncomingValue(BIParentI);
1297       if (TrueV == BB1V && FalseV == BIParentV) {
1298         PN->setIncomingValue(BB1I, SI);
1299         PN->setIncomingValue(BIParentI, SI);
1300       }
1301     }
1302   }
1303
1304   ++NumSpeculations;
1305   return true;
1306 }
1307
1308 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1309 /// across this block.
1310 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1311   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1312   unsigned Size = 0;
1313
1314   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1315     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1316       continue;
1317     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1318     ++Size;
1319
1320     // We can only support instructions that do not define values that are
1321     // live outside of the current basic block.
1322     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1323          UI != E; ++UI) {
1324       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1325       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1326     }
1327
1328     // Looks ok, continue checking.
1329   }
1330
1331   return true;
1332 }
1333
1334 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1335 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1336 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1337 /// ultimate destination.
1338 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const TargetData *TD) {
1339   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1340   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1341   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1342   // outside of the block.
1343   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1344     return false;
1345
1346   // Degenerate case of a single entry PHI.
1347   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1348     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1349     return true;
1350   }
1351
1352   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1353   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1354
1355   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1356   // constants.
1357   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1358     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1359     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1360
1361     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1362     // branch to RealDest.
1363     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1364     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1365
1366     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1367     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1368     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1369
1370     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1371     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1372     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1373     // the edge we are about to create.
1374     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1375                                             RealDest->getName()+".critedge",
1376                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1377     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1378
1379     // Update PHI nodes.
1380     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1381
1382     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1383     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1384     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1385     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1386     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1387     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1388       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1389         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1390         continue;
1391       }
1392       // Clone the instruction.
1393       Instruction *N = BBI->clone();
1394       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1395
1396       // Update operands due to translation.
1397       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1398            i != e; ++i) {
1399         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1400         if (PI != TranslateMap.end())
1401           *i = PI->second;
1402       }
1403
1404       // Check for trivial simplification.
1405       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1406         TranslateMap[BBI] = V;
1407         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1408       } else {
1409         // Insert the new instruction into its new home.
1410         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1411         if (!BBI->use_empty())
1412           TranslateMap[BBI] = N;
1413       }
1414     }
1415
1416     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1417     // to EdgeBB instead.
1418     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1419     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1420       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1421         BB->removePredecessor(PredBB);
1422         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1423       }
1424
1425     // Recurse, simplifying any other constants.
1426     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1427   }
1428
1429   return false;
1430 }
1431
1432 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1433 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1434 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const TargetData *TD) {
1435   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1436   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1437   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1438   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1439   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1440   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1441   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1442   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1443   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1444   if (!IfCond ||
1445       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1446       isa<ConstantInt>(IfCond))
1447     return false;
1448
1449   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1450   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1451   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1452   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1453   // fewer PHI nodes in this block.
1454   unsigned NumPhis = 0;
1455   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1456     if (NumPhis > 2)
1457       return false;
1458
1459   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1460   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1461   // that need to be moved to the dominating block.
1462   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1463   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1464            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1465
1466   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1467     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1468     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1469       PN->replaceAllUsesWith(V);
1470       PN->eraseFromParent();
1471       continue;
1472     }
1473
1474     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1475                              MaxCostVal0) ||
1476         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1477                              MaxCostVal1))
1478       return false;
1479   }
1480
1481   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1482   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1483   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1484   if (PN == 0) return true;
1485
1486   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1487   // often be turned into switches and other things.
1488   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1489       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1490        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1491        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1492     return false;
1493
1494   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1495   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1496   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1497   // worth promoting to select instructions.
1498   BasicBlock *DomBlock = 0;
1499   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1500   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1501   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1502     IfBlock1 = 0;
1503   } else {
1504     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1505     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1506       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1507         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1508         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1509         // flow, so the xform is not worth it.
1510         return false;
1511       }
1512   }
1513
1514   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1515     IfBlock2 = 0;
1516   } else {
1517     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1518     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1519       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1520         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1521         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1522         // flow, so the xform is not worth it.
1523         return false;
1524       }
1525   }
1526
1527   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1528                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1529
1530   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1531   // do all of the PHI's now.
1532   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1533   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1534
1535   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1536   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1537   if (IfBlock1)
1538     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1539                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1540                                    IfBlock1->getTerminator());
1541   if (IfBlock2)
1542     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1543                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1544                                    IfBlock2->getTerminator());
1545
1546   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1547     // Change the PHI node into a select instruction.
1548     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1549     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1550
1551     SelectInst *NV =
1552       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1553     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1554     NV->takeName(PN);
1555     PN->eraseFromParent();
1556   }
1557
1558   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1559   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1560   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1561   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1562   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1563   Builder.CreateBr(BB);
1564   OldTI->eraseFromParent();
1565   return true;
1566 }
1567
1568 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1569 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1570 /// introducing a select if the return values disagree.
1571 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1572                                            IRBuilder<> &Builder) {
1573   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1574   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1575   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1576   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1577   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1578
1579   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1580   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1581   // computation on one path or the other.
1582   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1583     return false;
1584   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1585     return false;
1586
1587   Builder.SetInsertPoint(BI);
1588   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1589   // there is no return value for this function, just change the
1590   // branch into a return.
1591   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1592     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1593     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1594     Builder.CreateRetVoid();
1595     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1596     return true;
1597   }
1598
1599   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1600   // so we can insert a new select instruction.
1601   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1602   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1603
1604   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1605   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1606     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1607       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1608   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1609     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1610       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1611
1612   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1613   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1614   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1615   // constant expression that prevents this transformation from being
1616   // safe.
1617   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1618     if (TCV->canTrap())
1619       return false;
1620   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1621     if (FCV->canTrap())
1622       return false;
1623
1624   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1625   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1626   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1627   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1628
1629   // Insert select instructions where needed.
1630   Value *BrCond = BI->getCondition();
1631   if (TrueValue) {
1632     // Insert a select if the results differ.
1633     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1634     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1635       TrueValue = FalseValue;
1636     } else {
1637       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1638                                        FalseValue, "retval");
1639     }
1640   }
1641
1642   Value *RI = !TrueValue ?
1643     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1644
1645   (void) RI;
1646
1647   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1648                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1649                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1650
1651   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1652
1653   return true;
1654 }
1655
1656 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1657 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1658 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1659 /// found.
1660 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1661                                   APInt &ProbTrue, APInt &ProbFalse) {
1662   assert(BI->isConditional() &&
1663          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1664   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1665   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1666   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1667   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1668   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1669   ProbTrue = CITrue->getValue();
1670   ProbFalse = CIFalse->getValue();
1671   assert(ProbTrue.getBitWidth() == 32 && ProbFalse.getBitWidth() == 32 &&
1672          "Branch probability metadata must be 32-bit integers");
1673   return true;
1674 }
1675
1676 /// MultiplyAndLosePrecision - Multiplies A and B, then returns the result. In
1677 /// the event of overflow, logically-shifts all four inputs right until the
1678 /// multiply fits.
1679 static APInt MultiplyAndLosePrecision(APInt &A, APInt &B, APInt &C, APInt &D,
1680                                       unsigned &BitsLost) {
1681   BitsLost = 0;
1682   bool Overflow = false;
1683   APInt Result = A.umul_ov(B, Overflow);
1684   if (Overflow) {
1685     APInt MaxB = APInt::getMaxValue(A.getBitWidth()).udiv(A);
1686     do {
1687       B = B.lshr(1);
1688       ++BitsLost;
1689     } while (B.ugt(MaxB));
1690     A = A.lshr(BitsLost);
1691     C = C.lshr(BitsLost);
1692     D = D.lshr(BitsLost);
1693     Result = A * B;
1694   }
1695   return Result;
1696 }
1697
1698 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1699 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1700 ///
1701 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1702   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1703     return false;
1704   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1705     Instruction *PBI = &*I;
1706     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1707     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1708       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1709       Inst->eraseFromParent();
1710       return true;
1711     }
1712   }
1713   return false;
1714 }
1715
1716 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1717 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1718 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1719 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1720   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1721
1722   Instruction *Cond = 0;
1723   if (BI->isConditional())
1724     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1725   else {
1726     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1727     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1728     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1729     // predecessor.
1730     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1731       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1732         if (PBI->isConditional() &&
1733             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1734              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1735           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1736                I != E; ) {
1737             Instruction *Curr = I++;
1738             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1739               Cond = Curr;
1740               break;
1741             }
1742             // Quit if we can't remove this instruction.
1743             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1744               return false;
1745           }
1746         }
1747
1748     if (Cond == 0)
1749       return false;
1750   }
1751
1752   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1753     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
1754   return false;
1755
1756   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1757   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1758   // must be at the front of the block.
1759   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
1760
1761   // Ignore dbg intrinsics.
1762   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1763
1764   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
1765   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
1766   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
1767   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
1768   Instruction *BonusInst = 0;
1769   if (&*FrontIt != Cond &&
1770       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
1771       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
1772     BonusInst = &*FrontIt;
1773     ++FrontIt;
1774
1775     // Ignore dbg intrinsics.
1776     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1777   }
1778
1779   // Only a single bonus inst is allowed.
1780   if (&*FrontIt != Cond)
1781     return false;
1782
1783   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1784   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1785
1786   // Ingore dbg intrinsics.
1787   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
1788
1789   if (&*CondIt != BI)
1790     return false;
1791
1792   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
1793   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
1794   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
1795     if (CE->canTrap())
1796       return false;
1797   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
1798     if (CE->canTrap())
1799       return false;
1800
1801   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
1802   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
1803   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
1804   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
1805     return false;
1806
1807   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1808     BasicBlock *PredBlock = *PI;
1809     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
1810
1811     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
1812     // the common successor, verify that the same value flows in from both
1813     // blocks.
1814     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
1815     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
1816         (BI->isConditional() &&
1817          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
1818         (!BI->isConditional() &&
1819          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
1820       continue;
1821
1822     // Determine if the two branches share a common destination.
1823     Instruction::BinaryOps Opc;
1824     bool InvertPredCond = false;
1825
1826     if (BI->isConditional()) {
1827       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
1828         Opc = Instruction::Or;
1829       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
1830         Opc = Instruction::And;
1831       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
1832         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
1833       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
1834         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
1835       else
1836         continue;
1837     } else {
1838       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
1839         continue;
1840     }
1841
1842     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
1843     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
1844     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
1845     // out-of-order core by speculating them earlier.
1846     if (BonusInst) {
1847       // Collect the values used by the bonus inst
1848       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
1849       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
1850            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
1851         Value *V = *OI;
1852         if (!isa<Constant>(V))
1853           UsedValues.insert(V);
1854       }
1855
1856       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
1857       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
1858
1859       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
1860       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
1861       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
1862       while (!Worklist.empty()) {
1863         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
1864         Worklist.pop_back();
1865
1866         if (Pair.second >= 4) continue;
1867         UsedValues.erase(Pair.first);
1868         if (UsedValues.empty()) break;
1869
1870         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
1871           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
1872                OI != OE; ++OI)
1873             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
1874         }
1875       }
1876
1877       if (!UsedValues.empty()) return false;
1878     }
1879
1880     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
1881     IRBuilder<> Builder(PBI);
1882
1883     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
1884     if (InvertPredCond) {
1885       Value *NewCond = PBI->getCondition();
1886
1887       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
1888         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
1889         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
1890       } else {
1891         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
1892                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
1893       }
1894
1895       PBI->setCondition(NewCond);
1896       PBI->swapSuccessors();
1897     }
1898
1899     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
1900     Instruction *NewBonus = 0;
1901     if (BonusInst) {
1902       NewBonus = BonusInst->clone();
1903       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
1904       NewBonus->takeName(BonusInst);
1905       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
1906     }
1907
1908     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
1909     // two conditions together.
1910     Instruction *New = Cond->clone();
1911     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
1912     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
1913     New->takeName(Cond);
1914     Cond->setName(New->getName()+".old");
1915
1916     if (BI->isConditional()) {
1917       Instruction *NewCond =
1918         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
1919                                             New, "or.cond"));
1920       PBI->setCondition(NewCond);
1921
1922       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
1923         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
1924         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
1925       }
1926       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
1927         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
1928         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
1929       }
1930     } else {
1931       // Update PHI nodes in the common successors.
1932       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
1933         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
1934           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
1935         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
1936         Instruction *MergedCond = 0;
1937         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
1938           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
1939           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
1940           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
1941           Instruction *NotCond =
1942             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
1943                                 "not.cond"));
1944           MergedCond =
1945             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
1946                                 NotCond, New,
1947                                 "and.cond"));
1948           if (PBI_C->isOne())
1949             MergedCond =
1950               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
1951                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
1952                                   "or.cond"));
1953         } else {
1954           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
1955           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
1956           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
1957           MergedCond =
1958             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
1959                                 PBI->getCondition(), New,
1960                                 "and.cond"));
1961           if (PBI_C->isOne()) {
1962             Instruction *NotCond =
1963               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
1964                                   "not.cond"));
1965             MergedCond =
1966               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
1967                                   NotCond, MergedCond,
1968                                   "or.cond"));
1969           }
1970         }
1971         // Update PHI Node.
1972         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
1973                                   MergedCond);
1974       }
1975       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
1976       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
1977       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
1978       PBI = New_PBI;
1979     }
1980
1981     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
1982     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
1983
1984     // Merge probability data into PredBlock's branch.
1985     APInt A, B, C, D;
1986     if (PBI->isConditional() && BI->isConditional() &&
1987         ExtractBranchMetadata(PBI, C, D) && ExtractBranchMetadata(BI, A, B)) {
1988       // Given IR which does:
1989       //   bbA:
1990       //     br i1 %x, label %bbB, label %bbC
1991       //   bbB:
1992       //     br i1 %y, label %bbD, label %bbC
1993       // Let's call the probability that we take the edge from %bbA to %bbB
1994       // 'a', from %bbA to %bbC, 'b', from %bbB to %bbD 'c' and from %bbB to
1995       // %bbC probability 'd'.
1996       //
1997       // We transform the IR into:
1998       //   bbA:
1999       //     br i1 %z, label %bbD, label %bbC
2000       // where the probability of going to %bbD is (a*c) and going to bbC is
2001       // (b+a*d).
2002       //
2003       // Probabilities aren't stored as ratios directly. Using branch weights,
2004       // we get:
2005       // (a*c)% = A*C, (b+(a*d))% = A*D+B*C+B*D.
2006
2007       // In the event of overflow, we want to drop the LSB of the input
2008       // probabilities.
2009       unsigned BitsLost;
2010
2011       // Ignore overflow result on ProbTrue.
2012       APInt ProbTrue = MultiplyAndLosePrecision(A, C, B, D, BitsLost);
2013
2014       APInt Tmp1 = MultiplyAndLosePrecision(B, D, A, C, BitsLost);
2015       if (BitsLost) {
2016         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
2017       }
2018
2019       APInt Tmp2 = MultiplyAndLosePrecision(A, D, C, B, BitsLost);
2020       if (BitsLost) {
2021         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
2022         Tmp1 = Tmp1.lshr(BitsLost*2);
2023       }
2024
2025       APInt Tmp3 = MultiplyAndLosePrecision(B, C, A, D, BitsLost);
2026       if (BitsLost) {
2027         ProbTrue = ProbTrue.lshr(BitsLost*2);
2028         Tmp1 = Tmp1.lshr(BitsLost*2);
2029         Tmp2 = Tmp2.lshr(BitsLost*2);
2030       }
2031
2032       bool Overflow1 = false, Overflow2 = false;
2033       APInt Tmp4 = Tmp2.uadd_ov(Tmp3, Overflow1);
2034       APInt ProbFalse = Tmp4.uadd_ov(Tmp1, Overflow2);
2035
2036       if (Overflow1 || Overflow2) {
2037         ProbTrue = ProbTrue.lshr(1);
2038         Tmp1 = Tmp1.lshr(1);
2039         Tmp2 = Tmp2.lshr(1);
2040         Tmp3 = Tmp3.lshr(1);
2041         Tmp4 = Tmp2 + Tmp3;
2042         ProbFalse = Tmp4 + Tmp1;
2043       }
2044
2045       // The sum of branch weights must fit in 32-bits.
2046       if (ProbTrue.isNegative() && ProbFalse.isNegative()) {
2047         ProbTrue = ProbTrue.lshr(1);
2048         ProbFalse = ProbFalse.lshr(1);
2049       }
2050
2051       if (ProbTrue != ProbFalse) {
2052         // Normalize the result.
2053         APInt GCD = APIntOps::GreatestCommonDivisor(ProbTrue, ProbFalse);
2054         ProbTrue = ProbTrue.udiv(GCD);
2055         ProbFalse = ProbFalse.udiv(GCD);
2056
2057         MDBuilder MDB(BI->getContext());
2058         MDNode *N = MDB.createBranchWeights(ProbTrue.getZExtValue(),
2059                                             ProbFalse.getZExtValue());
2060         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, N);
2061       } else {
2062         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2063       }
2064     } else {
2065       PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2066     }
2067
2068     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2069     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2070       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2071         I->clone()->insertBefore(PBI);
2072
2073     return true;
2074   }
2075   return false;
2076 }
2077
2078 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2079 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2080 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2081 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2082 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2083   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2084   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2085
2086   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2087   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2088   // this conditional branch redundant.
2089   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2090       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2091     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2092     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2093     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2094       // Turn this into a branch on constant.
2095       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2096       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2097                                         CondIsTrue));
2098       return true;  // Nuke the branch on constant.
2099     }
2100
2101     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2102     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2103     // simplifycfg will thread the block.
2104     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2105       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2106       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2107                                        std::distance(PB, PE),
2108                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2109                                        BB->begin());
2110       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2111       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2112       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2113       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2114         BasicBlock *P = *PI;
2115         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2116             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2117             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2118             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2119           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2120           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2121                                               CondIsTrue), P);
2122         } else {
2123           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2124         }
2125       }
2126
2127       BI->setCondition(NewPN);
2128       return true;
2129     }
2130   }
2131
2132   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2133   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2134   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2135   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2136   // Ignore dbg intrinsics.
2137   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2138     ++BBI;
2139   if (&*BBI != BI)
2140     return false;
2141
2142
2143   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2144     if (CE->canTrap())
2145       return false;
2146
2147   int PBIOp, BIOp;
2148   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2149     PBIOp = BIOp = 0;
2150   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2151     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2152   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2153     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2154   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2155     PBIOp = BIOp = 1;
2156   else
2157     return false;
2158
2159   // Check to make sure that the other destination of this branch
2160   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2161   // keep getting unwound.
2162   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2163     return false;
2164
2165   // Do not perform this transformation if it would require
2166   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2167   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2168   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2169
2170   unsigned NumPhis = 0;
2171   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2172        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2173     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2174       return false;
2175
2176   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2177   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2178
2179   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2180                << "AND: " << *BI->getParent());
2181
2182
2183   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2184   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2185   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2186   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2187   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2188   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2189   // infinite loop with no cond branch.
2190   if (OtherDest == BB) {
2191     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2192     // or it won't matter if it's hot. :)
2193     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2194                                                   "infloop", BB->getParent());
2195     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2196     OtherDest = InfLoopBlock;
2197   }
2198
2199   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2200
2201   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2202   // it alone, but modify PBI.
2203
2204   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2205   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2206   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2207   if (PBIOp)
2208     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2209
2210   Value *BICond = BI->getCondition();
2211   if (BIOp)
2212     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2213
2214   // Merge the conditions.
2215   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2216
2217   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2218   PBI->setCondition(Cond);
2219   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2220   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2221
2222   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2223   // block that are identical to the entries for BI's block.
2224   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2225
2226   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2227   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2228   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2229   // them agree.
2230   PHINode *PN;
2231   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2232        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2233     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2234     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2235     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2236     if (BIV != PBIV) {
2237       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2238       Value *NV = cast<SelectInst>
2239         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2240       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2241     }
2242   }
2243
2244   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2245   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2246
2247   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2248   // one fewer predecessor.
2249   return true;
2250 }
2251
2252 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2253 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2254 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2255 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2256 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2257 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2258                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB){
2259   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2260   // First, figure out which successors to preserve.
2261   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2262   // successor.
2263   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2264   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2265
2266   // Then remove the rest.
2267   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2268     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2269     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2270     if (Succ == KeepEdge1)
2271       KeepEdge1 = 0;
2272     else if (Succ == KeepEdge2)
2273       KeepEdge2 = 0;
2274     else
2275       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2276   }
2277
2278   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2279   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2280
2281   // Insert an appropriate new terminator.
2282   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2283     if (TrueBB == FalseBB)
2284       // We were only looking for one successor, and it was present.
2285       // Create an unconditional branch to it.
2286       Builder.CreateBr(TrueBB);
2287     else
2288       // We found both of the successors we were looking for.
2289       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2290       Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2291   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2292     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2293     // terminator must be unreachable.
2294     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2295   } else {
2296     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2297     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2298     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2299     if (KeepEdge1 == 0)
2300       // Only TrueBB was found.
2301       Builder.CreateBr(TrueBB);
2302     else
2303       // Only FalseBB was found.
2304       Builder.CreateBr(FalseBB);
2305   }
2306
2307   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2308   return true;
2309 }
2310
2311 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2312 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2313 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2314 // unconditional otherwise.
2315 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2316   // Check for constant integer values in the select.
2317   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2318   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2319   if (!TrueVal || !FalseVal)
2320     return false;
2321
2322   // Find the relevant condition and destinations.
2323   Value *Condition = Select->getCondition();
2324   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2325   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2326
2327   // Perform the actual simplification.
2328   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB);
2329 }
2330
2331 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2332 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2333 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2334 // with
2335 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2336 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2337   // Check that both operands of the select are block addresses.
2338   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2339   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2340   if (!TBA || !FBA)
2341     return false;
2342
2343   // Extract the actual blocks.
2344   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2345   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2346
2347   // Perform the actual simplification.
2348   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB);
2349 }
2350
2351 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2352 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2353 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2354 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2355 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2356 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2357 /// like:
2358 ///
2359 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2360 /// DEFAULT:
2361 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2362 ///   br label %end
2363 /// end:
2364 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2365 ///
2366 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2367 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2368 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICmpInst *ICI,
2369                                                   const TargetData *TD,
2370                                                   IRBuilder<> &Builder) {
2371   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2372
2373   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2374   // complex.
2375   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2376
2377   Value *V = ICI->getOperand(0);
2378   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2379
2380   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2381   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2382   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2383   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2384   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2385
2386   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2387   if (SI->getCondition() != V)
2388     return false;
2389
2390   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2391   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2392   // away.
2393   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2394     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2395     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2396     ICI->setOperand(0, VVal);
2397
2398     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2399       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2400       ICI->eraseFromParent();
2401     }
2402     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2403     return SimplifyCFG(BB) | true;
2404   }
2405
2406   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2407   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2408   // and zap it.
2409   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2410     Value *V;
2411     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2412       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2413     else
2414       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2415
2416     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2417     ICI->eraseFromParent();
2418     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2419     return SimplifyCFG(BB) | true;
2420   }
2421
2422   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2423   // the block.
2424   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2425   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2426   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2427       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2428     return false;
2429
2430   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2431   // true in the PHI.
2432   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2433   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2434
2435   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2436     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2437
2438   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2439   // false depending on if it is EQ or NE.
2440   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2441   ICI->eraseFromParent();
2442
2443   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2444   // the switch to the merge point on the compared value.
2445   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2446                                          BB->getParent(), BB);
2447   SI->addCase(Cst, NewBB);
2448
2449   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2450   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2451   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2452   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2453   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2454   return true;
2455 }
2456
2457 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2458 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2459 /// fold it into a switch instruction if so.
2460 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const TargetData *TD,
2461                                       IRBuilder<> &Builder) {
2462   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2463   if (Cond == 0) return false;
2464
2465
2466   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2467   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2468   // 'setne's and'ed together, collect them.
2469   Value *CompVal = 0;
2470   std::vector<ConstantInt*> Values;
2471   bool TrueWhenEqual = true;
2472   Value *ExtraCase = 0;
2473   unsigned UsedICmps = 0;
2474
2475   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2476     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2477                                      UsedICmps);
2478   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2479     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2480                                      UsedICmps);
2481     TrueWhenEqual = false;
2482   }
2483
2484   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2485   if (CompVal == 0) return false;
2486
2487   // Avoid turning single icmps into a switch.
2488   if (UsedICmps <= 1)
2489     return false;
2490
2491   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2492   // instruction can't handle, remove them now.
2493   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2494   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2495
2496   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2497   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2498   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2499
2500   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2501   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2502
2503   // Figure out which block is which destination.
2504   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2505   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2506   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2507
2508   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2509
2510   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2511                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2512
2513   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2514   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2515   // right before the condbr to handle it.
2516   if (ExtraCase) {
2517     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2518     // Remove the uncond branch added to the old block.
2519     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2520     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2521
2522     if (TrueWhenEqual)
2523       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2524     else
2525       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2526
2527     OldTI->eraseFromParent();
2528
2529     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2530     // for the edge we just added.
2531     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2532
2533     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2534           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2535     BB = NewBB;
2536   }
2537
2538   Builder.SetInsertPoint(BI);
2539   // Convert pointer to int before we switch.
2540   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2541     assert(TD && "Cannot switch on pointer without TargetData");
2542     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2543                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2544                                      "magicptr");
2545   }
2546
2547   // Create the new switch instruction now.
2548   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2549
2550   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2551   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2552     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2553
2554   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2555   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2556   // the number of edges added.
2557   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2558        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2559     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2560     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2561     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2562       PN->addIncoming(InVal, BB);
2563   }
2564
2565   // Erase the old branch instruction.
2566   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2567
2568   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2569   return true;
2570 }
2571
2572 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2573   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2574   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2575   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2576   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2577   if (RI->getValue() != LPInst)
2578     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2579     // caused control to branch here.
2580     return false;
2581
2582   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2583   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2584   while (++I != E)
2585     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2586       return false;
2587
2588   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2589   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2590     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2591     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2592     // Insert a call instruction before the invoke.
2593     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2594     Call->takeName(II);
2595     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2596     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2597     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2598
2599     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2600     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2601     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2602     // updated.
2603     II->replaceAllUsesWith(Call);
2604     BB->removePredecessor(II->getParent());
2605
2606     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2607     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2608
2609     // Finally, delete the invoke instruction!
2610     II->eraseFromParent();
2611   }
2612
2613   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2614   BB->eraseFromParent();
2615   return true;
2616 }
2617
2618 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2619   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2620   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2621
2622   // Find predecessors that end with branches.
2623   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2624   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2625   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2626     BasicBlock *P = *PI;
2627     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2628     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2629       if (BI->isUnconditional())
2630         UncondBranchPreds.push_back(P);
2631       else
2632         CondBranchPreds.push_back(BI);
2633     }
2634   }
2635
2636   // If we found some, do the transformation!
2637   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2638     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2639       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2640       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2641             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2642       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2643     }
2644
2645     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2646     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2647       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2648       BB->eraseFromParent();
2649
2650     return true;
2651   }
2652
2653   // Check out all of the conditional branches going to this return
2654   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2655   // branch itself into a select/return pair.
2656   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2657     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2658
2659     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2660     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2661         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2662         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2663       return true;
2664   }
2665   return false;
2666 }
2667
2668 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2669   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2670
2671   bool Changed = false;
2672
2673   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2674   // be removed, do so.
2675   while (UI != BB->begin()) {
2676     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2677     --BBI;
2678     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2679     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2680     // operations may have this effect.
2681     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2682
2683     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2684       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2685         if (SI->isVolatile())
2686           break;
2687       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2688         if (LI->isVolatile())
2689           break;
2690       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2691         if (RMWI->isVolatile())
2692           break;
2693       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2694         if (CXI->isVolatile())
2695           break;
2696       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2697                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2698         break;
2699       }
2700       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2701       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2702       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2703       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2704     }
2705
2706     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2707     if (!BBI->use_empty())
2708       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2709     BBI->eraseFromParent();
2710     Changed = true;
2711   }
2712
2713   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
2714   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
2715   if (&BB->front() != UI) return Changed;
2716
2717   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2718   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
2719     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
2720     IRBuilder<> Builder(TI);
2721     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2722       if (BI->isUnconditional()) {
2723         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2724           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
2725           TI->eraseFromParent();
2726           Changed = true;
2727         }
2728       } else {
2729         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2730           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
2731           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2732         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
2733           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
2734           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2735           Changed = true;
2736         }
2737       }
2738     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2739       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2740            i != e; ++i)
2741         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
2742           BB->removePredecessor(SI->getParent());
2743           SI->removeCase(i);
2744           --i; --e;
2745           Changed = true;
2746         }
2747       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
2748       // destination and make it the default.
2749       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
2750         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
2751         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2752              i != e; ++i) {
2753           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
2754               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
2755           if (entry.first == 0) {
2756             entry.first = 1;
2757             entry.second = i.getCaseIndex();
2758           } else {
2759             entry.first++;
2760           }
2761         }
2762
2763         // Find the most popular block.
2764         unsigned MaxPop = 0;
2765         unsigned MaxIndex = 0;
2766         BasicBlock *MaxBlock = 0;
2767         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
2768              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
2769           if (I->second.first > MaxPop ||
2770               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
2771             MaxPop = I->second.first;
2772             MaxIndex = I->second.second;
2773             MaxBlock = I->first;
2774           }
2775         }
2776         if (MaxBlock) {
2777           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
2778           // edges to it.
2779           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
2780           Changed = true;
2781
2782           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
2783           // it.
2784           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
2785             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
2786               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
2787
2788           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2789                i != e; ++i)
2790             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
2791               SI->removeCase(i);
2792               --i; --e;
2793             }
2794         }
2795       }
2796     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
2797       if (II->getUnwindDest() == BB) {
2798         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
2799         // place to note that the call does not throw though.
2800         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
2801         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
2802
2803         // Insert the call now...
2804         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
2805         Builder.SetInsertPoint(BI);
2806         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
2807                                           Args, II->getName());
2808         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
2809         CI->setAttributes(II->getAttributes());
2810         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
2811         II->replaceAllUsesWith(CI);
2812         delete II;
2813         Changed = true;
2814       }
2815     }
2816   }
2817
2818   // If this block is now dead, remove it.
2819   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
2820       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
2821     // We know there are no successors, so just nuke the block.
2822     BB->eraseFromParent();
2823     return true;
2824   }
2825
2826   return Changed;
2827 }
2828
2829 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
2830 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
2831 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
2832   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
2833
2834   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
2835   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
2836   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
2837   Cases.push_back(I.getCaseValue());
2838   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
2839   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
2840     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
2841       return false;
2842     Cases.push_back(I.getCaseValue());
2843   }
2844   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
2845
2846   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
2847   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
2848   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
2849     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
2850       return false;
2851   }
2852
2853   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
2854   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
2855
2856   Value *Sub = SI->getCondition();
2857   if (!Offset->isNullValue())
2858     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
2859   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
2860   Builder.CreateCondBr(
2861       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
2862
2863   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
2864   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
2865        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2866     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
2867       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
2868   }
2869   SI->eraseFromParent();
2870
2871   return true;
2872 }
2873
2874 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
2875 /// and use it to remove dead cases.
2876 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
2877   Value *Cond = SI->getCondition();
2878   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
2879   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
2880   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
2881
2882   // Gather dead cases.
2883   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
2884   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
2885     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
2886         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
2887       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
2888       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
2889                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
2890     }
2891   }
2892
2893   // Remove dead cases from the switch.
2894   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
2895     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
2896     assert(Case != SI->case_default() &&
2897            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
2898     // Prune unused values from PHI nodes.
2899     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
2900     SI->removeCase(Case);
2901   }
2902
2903   return !DeadCases.empty();
2904 }
2905
2906 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
2907 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
2908 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
2909 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
2910 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
2911 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
2912                                               BasicBlock *BB,
2913                                               int *PhiIndex) {
2914   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
2915     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
2916   if (!BB->getSinglePredecessor())
2917     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
2918
2919   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
2920   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
2921     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
2922
2923   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
2924
2925   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
2926   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
2927     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
2928     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
2929
2930     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
2931     if (InValue != CaseValue) continue;
2932
2933     *PhiIndex = Idx;
2934     return PHI;
2935   }
2936
2937   return NULL;
2938 }
2939
2940 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
2941 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
2942 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
2943 /// Returns true if a change is made.
2944 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
2945   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
2946   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
2947
2948   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
2949     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
2950     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
2951
2952     int PhiIndex;
2953     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
2954                                                  &PhiIndex);
2955     if (!PHI) continue;
2956
2957     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
2958   }
2959
2960   bool Changed = false;
2961
2962   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
2963        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
2964     PHINode *Phi = I->first;
2965     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
2966
2967     if (Indexes.size() < 2) continue;
2968
2969     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
2970       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
2971     Changed = true;
2972   }
2973
2974   return Changed;
2975 }
2976
2977 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
2978 /// initializing an array of constants like C.
2979 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
2980   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
2981     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
2982
2983   return isa<ConstantFP>(C) ||
2984       isa<ConstantInt>(C) ||
2985       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
2986       isa<GlobalValue>(C) ||
2987       isa<UndefValue>(C);
2988 }
2989
2990 /// GetCaseResulsts - Try to determine the resulting constant values in phi
2991 /// nodes at the common destination basic block for one of the case
2992 /// destinations of a switch instruction.
2993 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
2994                            BasicBlock *CaseDest,
2995                            BasicBlock **CommonDest,
2996                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
2997   // The block from which we enter the common destination.
2998   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
2999
3000   // If CaseDest is empty, continue to its successor.
3001   if (CaseDest->getFirstNonPHIOrDbg() == CaseDest->getTerminator() &&
3002       !isa<PHINode>(CaseDest->begin())) {
3003
3004     TerminatorInst *Terminator = CaseDest->getTerminator();
3005     if (Terminator->getNumSuccessors() != 1)
3006       return false;
3007
3008     Pred = CaseDest;
3009     CaseDest = Terminator->getSuccessor(0);
3010   }
3011
3012   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3013   if (!*CommonDest)
3014     *CommonDest = CaseDest;
3015   // If the destination isn't the common one, abort.
3016   if (CaseDest != *CommonDest)
3017     return false;
3018
3019   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3020   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3021   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3022     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3023     if (Idx == -1)
3024       continue;
3025
3026     Constant *ConstVal = dyn_cast<Constant>(PHI->getIncomingValue(Idx));
3027     if (!ConstVal)
3028       return false;
3029
3030     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3031     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3032       return false;
3033
3034     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3035   }
3036
3037   return true;
3038 }
3039
3040 /// BuildLookupTable - Build a lookup table with the contents of Results, using
3041 /// DefaultResult to fill the holes in the table. If the table ends up
3042 /// containing the same result in each element, set *SingleResult to that value
3043 /// and return NULL.
3044 static GlobalVariable *BuildLookupTable(Module &M,
3045                                         uint64_t TableSize,
3046                                         ConstantInt *Offset,
3047               const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Results,
3048                                         Constant *DefaultResult,
3049                                         Constant **SingleResult) {
3050   assert(Results.size() && "Need values to build lookup table");
3051   assert(TableSize >= Results.size() && "Table needs to hold all values");
3052
3053   // If all values in the table are equal, this is that value.
3054   Constant *SameResult = Results.begin()->second;
3055
3056   // Build up the table contents.
3057   std::vector<Constant*> TableContents(TableSize);
3058   for (size_t I = 0, E = Results.size(); I != E; ++I) {
3059     ConstantInt *CaseVal = Results[I].first;
3060     Constant *CaseRes = Results[I].second;
3061
3062     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue()).getLimitedValue();
3063     TableContents[Idx] = CaseRes;
3064
3065     if (CaseRes != SameResult)
3066       SameResult = NULL;
3067   }
3068
3069   // Fill in any holes in the table with the default result.
3070   if (Results.size() < TableSize) {
3071     for (unsigned i = 0; i < TableSize; ++i) {
3072       if (!TableContents[i])
3073         TableContents[i] = DefaultResult;
3074     }
3075
3076     if (DefaultResult != SameResult)
3077       SameResult = NULL;
3078   }
3079
3080   // Same result was used in the entire table; just return that.
3081   if (SameResult) {
3082     *SingleResult = SameResult;
3083     return NULL;
3084   }
3085
3086   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultResult->getType(), TableSize);
3087   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3088
3089   GlobalVariable *GV = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3090                                           GlobalVariable::PrivateLinkage,
3091                                           Initializer,
3092                                           "switch.table");
3093   GV->setUnnamedAddr(true);
3094   return GV;
3095 }
3096
3097 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3098 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3099 /// replace the switch with lookup tables.
3100 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3101                                 IRBuilder<> &Builder) {
3102   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3103   // FIXME: Handle unreachable cases.
3104
3105   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3106   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3107
3108   // FIXME: If the results are all integers and the lookup table would fit in a
3109   // target-legal register, we should store them as a bitmap and use shift/mask
3110   // to look up the result.
3111
3112   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3113   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3114   // string and lookup indices into that.
3115
3116   // Ignore the switch if the number of cases are too small.
3117   // This is similar to the check when building jump tables in
3118   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3119   // FIXME: Determine the best cut-off.
3120   if (SI->getNumCases() < 4)
3121     return false;
3122
3123   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3124   // common destination, as well as the the min and max case values.
3125   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3126   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3127   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3128   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3129
3130   BasicBlock *CommonDest = NULL;
3131   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3132   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3133   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3134   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3135   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3136
3137   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3138     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3139     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3140       MinCaseVal = CaseVal;
3141     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3142       MaxCaseVal = CaseVal;
3143
3144     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3145     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3146     ResultsTy Results;
3147     if (!GetCaseResults(SI, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results))
3148       return false;
3149
3150     // Append the result from this case to the list for each phi.
3151     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3152       if (!ResultLists.count(I->first))
3153         PHIs.push_back(I->first);
3154       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3155     }
3156   }
3157
3158   // Get the resulting values for the default case.
3159   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3160   if (!GetCaseResults(SI, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResultsList))
3161     return false;
3162   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3163     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3164     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3165     DefaultResults[PHI] = Result;
3166     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3167   }
3168
3169   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3170   // The table density should be at lest 40%. This is the same criterion as for
3171   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3172   // FIXME: Find the best cut-off.
3173   // Be careful to avoid overlow in the density computation.
3174   if (RangeSpread.zextOrSelf(64).ugt(UINT64_MAX / 4 - 1))
3175     return false;
3176   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3177   if (SI->getNumCases() * 10 < TableSize * 4)
3178     return false;
3179
3180   // Build the lookup tables.
3181   SmallDenseMap<PHINode*, GlobalVariable*> LookupTables;
3182   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> SingleResults;
3183
3184   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3185   for (SmallVector<PHINode*, 4>::iterator I = PHIs.begin(), E = PHIs.end();
3186        I != E; ++I) {
3187     PHINode *PHI = *I;
3188
3189     Constant *SingleResult = NULL;
3190     LookupTables[PHI] = BuildLookupTable(Mod, TableSize, MinCaseVal,
3191                                          ResultLists[PHI], DefaultResults[PHI],
3192                                          &SingleResult);
3193     SingleResults[PHI] = SingleResult;
3194   }
3195
3196   // Create the BB that does the lookups.
3197   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3198                                             "switch.lookup",
3199                                             CommonDest->getParent(),
3200                                             CommonDest);
3201
3202   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3203   // the new BB.
3204   Builder.SetInsertPoint(SI);
3205   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3206                                         "switch.tableidx");
3207   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3208       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3209   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3210
3211   // Populate the BB that does the lookups.
3212   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3213   bool ReturnedEarly = false;
3214   for (SmallVector<PHINode*, 4>::iterator I = PHIs.begin(), E = PHIs.end();
3215        I != E; ++I) {
3216     PHINode *PHI = *I;
3217     // There was a single result for this phi; just use that.
3218     if (Constant *SingleResult = SingleResults[PHI]) {
3219       PHI->addIncoming(SingleResult, LookupBB);
3220       continue;
3221     }
3222
3223     Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), TableIndex };
3224     Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(LookupTables[PHI], GEPIndices,
3225                                            "switch.gep");
3226     Value *Result = Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3227
3228     // If the result is only going to be used to return from the function,
3229     // we want to do that right here.
3230     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin())) {
3231       if (CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg() == CommonDest->getTerminator()) {
3232         Builder.CreateRet(Result);
3233         ReturnedEarly = true;
3234       }
3235     }
3236
3237     if (!ReturnedEarly)
3238       PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3239   }
3240
3241   if (!ReturnedEarly)
3242     Builder.CreateBr(CommonDest);
3243
3244   // Remove the switch.
3245   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3246     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3247     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3248     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3249   }
3250   SI->eraseFromParent();
3251
3252   ++NumLookupTables;
3253   return true;
3254 }
3255
3256 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3257   // If this switch is too complex to want to look at, ignore it.
3258   if (!isValueEqualityComparison(SI))
3259     return false;
3260
3261   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3262
3263   // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3264   // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3265   if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3266     if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3267       return SimplifyCFG(BB) | true;
3268
3269   Value *Cond = SI->getCondition();
3270   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3271     if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3272       return SimplifyCFG(BB) | true;
3273
3274   // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3275   // away into any preds.
3276   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3277   // Ignore dbg intrinsics.
3278   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3279     ++BBI;
3280   if (SI == &*BBI)
3281     if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3282       return SimplifyCFG(BB) | true;
3283
3284   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3285   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3286     return SimplifyCFG(BB) | true;
3287
3288   // Remove unreachable cases.
3289   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3290     return SimplifyCFG(BB) | true;
3291
3292   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3293     return SimplifyCFG(BB) | true;
3294
3295   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder))
3296     return SimplifyCFG(BB) | true;
3297
3298   return false;
3299 }
3300
3301 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3302   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3303   bool Changed = false;
3304
3305   // Eliminate redundant destinations.
3306   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3307   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3308     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3309     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3310       Dest->removePredecessor(BB);
3311       IBI->removeDestination(i);
3312       --i; --e;
3313       Changed = true;
3314     }
3315   }
3316
3317   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3318     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3319     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3320     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3321     return true;
3322   }
3323
3324   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3325     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3326     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3327     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3328     return true;
3329   }
3330
3331   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3332     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3333       return SimplifyCFG(BB) | true;
3334   }
3335   return Changed;
3336 }
3337
3338 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3339   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3340
3341   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3342   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3343   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3344       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3345     return true;
3346
3347   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3348   // against a constant, try to simplify the block.
3349   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3350     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3351       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3352         ;
3353       if (I->isTerminator() &&
3354           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, TD, Builder))
3355         return true;
3356     }
3357
3358   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3359   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3360   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3361   // for PHI nodes in common successor.
3362   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3363     return SimplifyCFG(BB) | true;
3364   return false;
3365 }
3366
3367
3368 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3369   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3370
3371   // Conditional branch
3372   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3373     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3374     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3375     // switch.
3376     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3377       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3378         return SimplifyCFG(BB) | true;
3379
3380     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3381     // Ignore dbg intrinsics.
3382     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3383     // Ignore dbg intrinsics.
3384     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3385       ++I;
3386     if (&*I == BI) {
3387       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3388         return SimplifyCFG(BB) | true;
3389     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3390       ++I;
3391       // Ignore dbg intrinsics.
3392       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3393         ++I;
3394       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3395         return SimplifyCFG(BB) | true;
3396     }
3397   }
3398
3399   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3400   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3401     return true;
3402
3403   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3404   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3405   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3406   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3407     return SimplifyCFG(BB) | true;
3408
3409   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3410   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3411   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3412   // can hoist it up to the branching block.
3413   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3414     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3415       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3416         return SimplifyCFG(BB) | true;
3417     } else {
3418       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3419       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3420       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3421       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3422           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3423         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
3424           return SimplifyCFG(BB) | true;
3425     }
3426   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3427     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
3428     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
3429     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
3430     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3431         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
3432       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
3433         return SimplifyCFG(BB) | true;
3434   }
3435
3436   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
3437   // through this block if any PHI node entries are constants.
3438   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
3439     if (PN->getParent() == BI->getParent())
3440       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
3441         return SimplifyCFG(BB) | true;
3442
3443   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
3444   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
3445     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
3446       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
3447         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
3448           return SimplifyCFG(BB) | true;
3449
3450   return false;
3451 }
3452
3453 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
3454 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
3455   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
3456   if (!C)
3457     return false;
3458
3459   if (!I->hasOneUse()) // Only look at single-use instructions, for compile time
3460     return false;
3461
3462   if (C->isNullValue()) {
3463     Instruction *Use = I->use_back();
3464
3465     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
3466     // control flow (eg. calls)
3467     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
3468       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
3469         return false;
3470
3471     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
3472     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
3473       if (GEP->getPointerOperand() == I)
3474         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
3475
3476     // Look through bitcasts.
3477     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
3478       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
3479
3480     // Load from null is undefined.
3481     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
3482       return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
3483
3484     // Store to null is undefined.
3485     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
3486       return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
3487   }
3488   return false;
3489 }
3490
3491 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
3492 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
3493 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
3494   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
3495        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
3496     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3497       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
3498         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
3499         IRBuilder<> Builder(T);
3500         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
3501           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
3502           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
3503           // destination from conditional branches.
3504           if (BI->isUnconditional())
3505             Builder.CreateUnreachable();
3506           else
3507             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
3508                                                          BI->getSuccessor(0));
3509           BI->eraseFromParent();
3510           return true;
3511         }
3512         // TODO: SwitchInst.
3513       }
3514
3515   return false;
3516 }
3517
3518 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
3519   bool Changed = false;
3520
3521   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
3522   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
3523
3524   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
3525   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
3526   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3527        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
3528       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
3529     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
3530     DeleteDeadBlock(BB);
3531     return true;
3532   }
3533
3534   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
3535   // away...
3536   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
3537
3538   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
3539   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
3540
3541   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
3542   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
3543
3544   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
3545   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
3546   // if there are no PHI nodes.
3547   //
3548   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
3549     return true;
3550
3551   IRBuilder<> Builder(BB);
3552
3553   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
3554   // eliminate it, do so now.
3555   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
3556     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
3557       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
3558
3559   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
3560   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
3561     if (BI->isUnconditional()) {
3562       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
3563     } else {
3564       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
3565     }
3566   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
3567     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
3568   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
3569     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
3570   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
3571     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
3572   } else if (UnreachableInst *UI =
3573                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
3574     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
3575   } else if (IndirectBrInst *IBI =
3576                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
3577     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
3578   }
3579
3580   return Changed;
3581 }
3582
3583 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
3584 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
3585 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
3586 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
3587 ///
3588 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetData *TD) {
3589   return SimplifyCFGOpt(TD).run(BB);
3590 }