Switch this code away from Value::isUsedInBasicBlock. That code either
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/Constants.h"
26 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
27 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
28 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
29 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
33 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
34 #include "llvm/IR/Metadata.h"
35 #include "llvm/IR/Module.h"
36 #include "llvm/IR/Operator.h"
37 #include "llvm/IR/Type.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
40 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
43 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
45 #include <algorithm>
46 #include <map>
47 #include <set>
48 using namespace llvm;
49
50 static cl::opt<unsigned>
51 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
52    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
53
54 static cl::opt<bool>
55 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
56        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
57
58 static cl::opt<bool>
59 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
60        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
61
62 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
63 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
64 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
65 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
66
67 namespace {
68   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
69   struct ValueEqualityComparisonCase {
70     ConstantInt *Value;
71     BasicBlock *Dest;
72
73     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
74       : Value(Value), Dest(Dest) {}
75
76     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
77       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
78       return Value < RHS.Value;
79     }
80
81     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
82   };
83
84 class SimplifyCFGOpt {
85   const TargetTransformInfo &TTI;
86   const DataLayout *const TD;
87
88   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
89   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
90                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
91   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
92                                                      BasicBlock *Pred,
93                                                      IRBuilder<> &Builder);
94   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
95                                            IRBuilder<> &Builder);
96
97   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
98   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
99   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
100   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
101   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
102   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
103   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
104
105 public:
106   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *TD)
107       : TTI(TTI), TD(TD) {}
108   bool run(BasicBlock *BB);
109 };
110 }
111
112 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
113 /// terminator instructions together.
114 ///
115 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
116   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
117
118   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
119   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
120   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
121   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
122   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
123   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
124
125   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
126     if (SI1Succs.count(*I))
127       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
128            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
129         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
130         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
131             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
132           return false;
133       }
134
135   return true;
136 }
137
138 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
139 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
140 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
141 /// successors.
142 ///
143 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
144                                           BranchInst *SI2,
145                                           Instruction *Cond,
146                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
147   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
148   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
149
150   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
151   // common successors:
152   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
153   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
154   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
155   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
156   if (!Ci2) return false;
157   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
158         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
159       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
160         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
161     return false;
162
163   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
164   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
165   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
166   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
167     if (SI1Succs.count(*I))
168       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
169            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
170         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
171         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
172             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
173           return false;
174         PhiNodes.push_back(PN);
175       }
176   return true;
177 }
178
179 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
180 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
181 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
182 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
183 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
184                                   BasicBlock *ExistPred) {
185   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
186
187   PHINode *PN;
188   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
189        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
190     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
191 }
192
193
194 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
195 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
196 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
197 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
198 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
199 /// be entered if the condition is false.
200 ///
201 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
202 /// instructions in them.
203 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
204                              BasicBlock *&IfFalse) {
205   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
206   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
207          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
208   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
209   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
210
211   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
212   // branches if possible anyway.
213   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
214   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
215   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
216     return 0;
217
218   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
219   // either are.
220   if (Pred2Br->isConditional()) {
221     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
222     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
223     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
224     // probably not profitable.
225     if (Pred1Br->isConditional())
226       return 0;
227
228     std::swap(Pred1, Pred2);
229     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
230   }
231
232   if (Pred1Br->isConditional()) {
233     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
234     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
235     // doesn't dominate BB.
236     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
237       return 0;
238
239     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
240     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
241     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
242         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
243       IfTrue = Pred1;
244       IfFalse = Pred2;
245     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
246                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
247       IfTrue = Pred2;
248       IfFalse = Pred1;
249     } else {
250       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
251       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
252       return 0;
253     }
254
255     return Pred1Br->getCondition();
256   }
257
258   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
259   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
260   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
261   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
262   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
263     return 0;
264
265   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
266   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
267   if (BI == 0) return 0;
268
269   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
270   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
271     IfTrue = Pred1;
272     IfFalse = Pred2;
273   } else {
274     IfTrue = Pred2;
275     IfFalse = Pred1;
276   }
277   return BI->getCondition();
278 }
279
280 /// ComputeSpeculuationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
281 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
282 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
283 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
284   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
285          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
286   switch (Operator::getOpcode(I)) {
287   default:
288     // In doubt, be conservative.
289     return UINT_MAX;
290   case Instruction::GetElementPtr:
291     // GEPs are cheap if all indices are constant.
292     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
293       return UINT_MAX;
294     return 1;
295   case Instruction::Load:
296   case Instruction::Add:
297   case Instruction::Sub:
298   case Instruction::And:
299   case Instruction::Or:
300   case Instruction::Xor:
301   case Instruction::Shl:
302   case Instruction::LShr:
303   case Instruction::AShr:
304   case Instruction::ICmp:
305   case Instruction::Trunc:
306   case Instruction::ZExt:
307   case Instruction::SExt:
308     return 1; // These are all cheap.
309
310   case Instruction::Call:
311   case Instruction::Select:
312     return 2;
313   }
314 }
315
316 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
317 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
318 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
319 /// which works well enough for us.
320 ///
321 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
322 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
323 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
324 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
325 /// set and true is returned.
326 ///
327 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
328 /// Select whose cost is 2.
329 ///
330 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
331 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
332 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
333 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
334                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
335                                 unsigned &CostRemaining) {
336   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
337   if (!I) {
338     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
339     // can be executed unconditionally.
340     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
341       if (C->canTrap())
342         return false;
343     return true;
344   }
345   BasicBlock *PBB = I->getParent();
346
347   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
348   // the bottom of this block.
349   if (PBB == BB) return false;
350
351   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
352   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
353   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
354   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
355   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
356     return true;
357
358   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
359   // instructions in the 'if region'.
360   if (AggressiveInsts == 0) return false;
361
362   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
363   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
364
365   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
366   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
367   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
368   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
369     return false;
370
371   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
372
373   if (Cost > CostRemaining)
374     return false;
375
376   CostRemaining -= Cost;
377
378   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
379   // not take us over the cost threshold.
380   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
381     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
382       return false;
383   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
384   AggressiveInsts->insert(I);
385   return true;
386 }
387
388 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
389 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
390 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
391   // Normal constant int.
392   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
393   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
394     return CI;
395
396   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
397   // ConstantInt if possible.
398   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(TD->getIntPtrType(V->getType()));
399
400   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
401   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
402     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
403
404   // IntToPtr const int.
405   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
406     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
407       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
408         // The constant is very likely to have the right type already.
409         if (CI->getType() == PtrTy)
410           return CI;
411         else
412           return cast<ConstantInt>
413             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
414       }
415   return 0;
416 }
417
418 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
419 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
420 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
421 /// Values vector.
422 static Value *
423 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
424                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
425   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
426   if (I == 0) return 0;
427
428   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
429   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
430     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
431       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
432         UsedICmps++;
433         Vals.push_back(C);
434         return I->getOperand(0);
435       }
436
437       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
438       // the set.
439       ConstantRange Span =
440         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
441
442       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
443       // x != 0 && x != 1.
444       if (!isEQ)
445         Span = Span.inverse();
446
447       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
448       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
449         return 0;
450
451       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
452         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
453       UsedICmps++;
454       return I->getOperand(0);
455     }
456     return 0;
457   }
458
459   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
460   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
461     return 0;
462
463   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
464   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
465   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
466                                           isEQ, UsedICmps)) {
467     unsigned NumVals = Vals.size();
468     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
469     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
470                                             isEQ, UsedICmps)) {
471       if (LHS == RHS)
472         return LHS;
473       Vals.resize(NumVals);
474       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
475     }
476
477     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
478     // set it and return success.
479     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
480       Extra = I->getOperand(1);
481       return LHS;
482     }
483
484     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
485     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
486     return 0;
487   }
488
489   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
490   // use LHS as Extra.
491   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
492     Value *OldExtra = Extra;
493     Extra = I->getOperand(0);
494     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
495                                             isEQ, UsedICmps))
496       return RHS;
497     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
498     Extra = OldExtra;
499   }
500
501   return 0;
502 }
503
504 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
505   Instruction *Cond = 0;
506   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
507     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
508   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
509     if (BI->isConditional())
510       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
511   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
512     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
513   }
514
515   TI->eraseFromParent();
516   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
517 }
518
519 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
520 /// to see if a value is equal to constant integer value.
521 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
522   Value *CV = 0;
523   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
524     // Do not permit merging of large switch instructions into their
525     // predecessors unless there is only one predecessor.
526     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
527                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
528       CV = SI->getCondition();
529   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
530     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
531       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
532         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
533              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
534             GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
535           CV = ICI->getOperand(0);
536
537   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
538   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
539     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
540       CV = PTII->getOperand(0);
541   return CV;
542 }
543
544 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
545 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
546 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
547 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
548                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
549                                                                        &Cases) {
550   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
551     Cases.reserve(SI->getNumCases());
552     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
553       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
554                                                   i.getCaseSuccessor()));
555     return SI->getDefaultDest();
556   }
557
558   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
559   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
560   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
561   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
562                                                              TD),
563                                               Succ));
564   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
565 }
566
567
568 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
569 /// in the list that match the specified block.
570 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
571                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
572   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
573 }
574
575 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
576 /// well.
577 static bool
578 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
579               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
580   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
581
582   // Make V1 be smaller than V2.
583   if (V1->size() > V2->size())
584     std::swap(V1, V2);
585
586   if (V1->size() == 0) return false;
587   if (V1->size() == 1) {
588     // Just scan V2.
589     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
590     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
591       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
592         return true;
593   }
594
595   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
596   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
597   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
598   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
599   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
600     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
601       return true;
602     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
603       ++i1;
604     else
605       ++i2;
606   }
607   return false;
608 }
609
610 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
611 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
612 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
613 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
614 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
615 /// form of jump threading.
616 bool SimplifyCFGOpt::
617 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
618                                               BasicBlock *Pred,
619                                               IRBuilder<> &Builder) {
620   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
621   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
622
623   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
624   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
625   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
626
627   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
628   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
629
630   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
631   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
632   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
633                                                         PredCases);
634   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
635
636   // Find information about how control leaves this block.
637   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
638   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
639   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
640
641   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
642   // simplify TI based on this knowledge.
643   if (PredDef == TI->getParent()) {
644     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
645     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
646     // can simplify TI.
647     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
648       return false;
649
650     if (isa<BranchInst>(TI)) {
651       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
652       // uncond br.
653       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
654       // Insert the new branch.
655       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
656       (void) NI;
657
658       // Remove PHI node entries for the dead edge.
659       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
660
661       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
662            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
663
664       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
665       return true;
666     }
667
668     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
669     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
670     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
671     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
672       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
673
674     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
675                  << "Through successor TI: " << *TI);
676
677     // Collect branch weights into a vector.
678     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
679     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
680     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
681     if (HasWeight)
682       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
683            ++MD_i) {
684         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
685         assert(CI);
686         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
687       }
688     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
689       --i;
690       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
691         if (HasWeight) {
692           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
693           Weights.pop_back();
694         }
695         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
696         SI->removeCase(i);
697       }
698     }
699     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
700       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
701                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
702                       createBranchWeights(Weights));
703
704     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
705     return true;
706   }
707
708   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
709   // which value (or set of values) this is.
710   ConstantInt *TIV = 0;
711   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
712   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
713     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
714       if (TIV != 0)
715         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
716       TIV = PredCases[i].Value;
717     }
718   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
719
720   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
721   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
722   BasicBlock *TheRealDest = 0;
723   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
724     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
725       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
726       break;
727     }
728
729   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
730   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
731
732   // Remove PHI node entries for dead edges.
733   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
734   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
735     if (*SI != CheckEdge)
736       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
737     else
738       CheckEdge = 0;
739
740   // Insert the new branch.
741   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
742   (void) NI;
743
744   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
745             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
746
747   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
748   return true;
749 }
750
751 namespace {
752   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
753   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
754   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
755   struct ConstantIntOrdering {
756     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
757       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
758     }
759   };
760 }
761
762 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
763   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
764   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
765   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
766     return 1;
767   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
768     return 0;
769   return -1;
770 }
771
772 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
773   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
774   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
775     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
776       return MDS->getString().equals("branch_weights");
777
778   return false;
779 }
780
781 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
782 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
783 /// metadata.
784 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
785                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
786   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
787   assert(MD);
788   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
789     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
790     assert(CI);
791     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
792   }
793
794   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
795   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
796   // default weight to be the first entry.
797   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
798     assert(Weights.size() == 2);
799     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
800     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
801       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
802   }
803 }
804
805 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
806 /// weights if any are.
807 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
808   bool Halve = false;
809   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
810     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
811       Halve = true;
812       break;
813     }
814
815   if (! Halve)
816     return;
817
818   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
819     Weights[i] /= 2;
820 }
821
822 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
823 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
824 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
825 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
826 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
827                                                          IRBuilder<> &Builder) {
828   BasicBlock *BB = TI->getParent();
829   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
830   assert(CV && "Not a comparison?");
831   bool Changed = false;
832
833   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
834   while (!Preds.empty()) {
835     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
836
837     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
838     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
839     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
840
841     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
842       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
843       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
844       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
845
846       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
847       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
848
849       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
850       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
851       // build.
852       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
853
854       // Update the branch weight metadata along the way
855       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
856       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
857       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
858
859       if (PredHasWeights) {
860         GetBranchWeights(PTI, Weights);
861         // branch-weight metadata is inconsistent here.
862         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
863           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
864       } else if (SuccHasWeights)
865         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
866         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
867         // successor's weights
868         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
869
870       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
871       if (SuccHasWeights) {
872         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
873         // branch-weight metadata is inconsistent here.
874         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
875           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
876       } else if (PredHasWeights)
877         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
878
879       if (PredDefault == BB) {
880         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
881         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
882         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
883         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
884           if (PredCases[i].Dest != BB)
885             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
886           else {
887             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
888             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
889
890             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
891               // Increase weight for the default case.
892               Weights[0] += Weights[i+1];
893               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
894               Weights.pop_back();
895             }
896
897             PredCases.pop_back();
898             --i; --e;
899           }
900
901         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
902         if (PredDefault != BBDefault) {
903           PredDefault->removePredecessor(Pred);
904           PredDefault = BBDefault;
905           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
906         }
907
908         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
909         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
910         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
911           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
912               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
913             PredCases.push_back(BBCases[i]);
914             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
915             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
916               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
917               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
918               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
919               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
920               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
921             }
922           }
923
924         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
925           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
926           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
927           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
928             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
929           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
930           Weights[0] *= SuccWeights[0];
931         }
932       } else {
933         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
934         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
935         // activated.
936         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
937         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
938         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
939           if (PredCases[i].Dest == BB) {
940             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
941
942             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
943               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
944               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
945               Weights.pop_back();
946             }
947
948             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
949             PredCases.pop_back();
950             --i; --e;
951           }
952
953         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
954         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
955         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
956           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
957             // If this is one we are capable of getting...
958             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
959               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
960             PredCases.push_back(BBCases[i]);
961             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
962             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
963           }
964
965         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
966         // they must go to the default destination of TI.
967         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
968                                     PTIHandled.begin(),
969                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
970           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
971             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
972           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
973           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
974         }
975       }
976
977       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
978       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
979       // successors.
980       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
981         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
982
983       Builder.SetInsertPoint(PTI);
984       // Convert pointer to int before we switch.
985       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
986         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
987         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
988                                     "magicptr");
989       }
990
991       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
992       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
993                                                PredCases.size());
994       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
995       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
996         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
997
998       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
999         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1000         FitWeights(Weights);
1001
1002         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1003
1004         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1005                            MDBuilder(BB->getContext()).
1006                            createBranchWeights(MDWeights));
1007       }
1008
1009       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1010
1011       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1012       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1013       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1014       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
1015       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1016         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1017           if (InfLoopBlock == 0) {
1018             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1019             // or it won't matter if it's hot. :)
1020             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1021                                               "infloop", BB->getParent());
1022             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1023           }
1024           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1025         }
1026
1027       Changed = true;
1028     }
1029   }
1030   return Changed;
1031 }
1032
1033 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1034 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1035 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1036 // to put the select in this case.
1037 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1038                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1039   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1040     PHINode *PN;
1041     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1042          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1043       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1044       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1045       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1046         return false;
1047       }
1048     }
1049   }
1050   return true;
1051 }
1052
1053 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1054 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1055 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1056 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1057   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1058   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1059   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1060   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1061   // identical order.
1062   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1063   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1064
1065   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1066   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1067
1068   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1069   // Skip debug info if it is not identical.
1070   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1071   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1072   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1073     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1074       I1 = BB1_Itr++;
1075     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1076       I2 = BB2_Itr++;
1077   }
1078   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1079       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1080     return false;
1081
1082   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
1083   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1084
1085   do {
1086     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1087     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1088     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1089       goto HoistTerminator;
1090
1091     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1092     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1093     // the now redundant second instruction.
1094     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1095     if (!I2->use_empty())
1096       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1097     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1098     I2->eraseFromParent();
1099
1100     I1 = BB1_Itr++;
1101     I2 = BB2_Itr++;
1102     // Skip debug info if it is not identical.
1103     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1104     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1105     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1106       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1107         I1 = BB1_Itr++;
1108       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1109         I2 = BB2_Itr++;
1110     }
1111   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1112
1113   return true;
1114
1115 HoistTerminator:
1116   // It may not be possible to hoist an invoke.
1117   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1118     return true;
1119
1120   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1121   Instruction *NT = I1->clone();
1122   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1123   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1124     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1125     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1126     NT->takeName(I1);
1127   }
1128
1129   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1130   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1131   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1132   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1133   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1134   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1135   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1136     PHINode *PN;
1137     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1138          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1139       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1140       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1141       if (BB1V == BB2V) continue;
1142
1143       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1144       // that determines the right value.
1145       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1146       if (SI == 0)
1147         SI = cast<SelectInst>
1148           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1149                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1150
1151       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1152       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1153         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1154           PN->setIncomingValue(i, SI);
1155     }
1156   }
1157
1158   // Update any PHI nodes in our new successors.
1159   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1160     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1161
1162   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1163   return true;
1164 }
1165
1166 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1167 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1168 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1169 /// in the two predecessors to BBEnd.
1170 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1171   assert(BI1->isUnconditional());
1172   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1173   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1174
1175   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1176   // an unconditional branch.
1177   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1178   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1179   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1180     return false;
1181   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1182   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1183     return false;
1184   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1185   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1186   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1187     return false;
1188
1189   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1190   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1191   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1192   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1193        I != E; ++I) {
1194     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1195       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1196       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1197       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1198     } else {
1199       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1200       break;
1201     }
1202   }
1203   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1204     return false;
1205
1206
1207   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1208   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1209   // instructions in an identical order.
1210   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1211       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1212       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1213   // Skip debug info.
1214   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1215   if (RI1 == RE1)
1216     return false;
1217   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1218   if (RI2 == RE2)
1219     return false;
1220   // Skip the unconditional branches.
1221   ++RI1;
1222   ++RI2;
1223
1224   bool Changed = false;
1225   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1226     // Skip debug info.
1227     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1228     if (RI1 == RE1)
1229       return Changed;
1230     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1231     if (RI2 == RE2)
1232       return Changed;
1233
1234     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1235     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1236     // perform the same operation.
1237     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1238     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1239         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1240         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1241         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1242         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1243         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1244         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1245         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1246         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1247       return Changed;
1248
1249     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1250     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1251     bool SwapOpnds = false;
1252     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1253         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1254         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1255         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1256          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1257       ICmp2->swapOperands();
1258       SwapOpnds = true;
1259     }
1260     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1261       if (SwapOpnds)
1262         ICmp2->swapOperands();
1263       return Changed;
1264     }
1265
1266     // The operands should be either the same or they need to be generated
1267     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1268     // a single pair of different operands.
1269     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1270     unsigned Op1Idx = 0;
1271     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1272       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1273         continue;
1274       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1275       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1276       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1277       if (DifferentOp1 ||
1278           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1279           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1280           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1281           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1282         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1283         if (SwapOpnds)
1284           ICmp2->swapOperands();
1285         return Changed;
1286       }
1287       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1288       Op1Idx = I;
1289       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1290     }
1291
1292     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1293     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1294     if (DifferentOp1) {
1295       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1296                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1297                                        BBEnd->begin());
1298       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1299       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1300       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1301       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1302       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1303       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1304     }
1305     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1306     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1307
1308     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1309     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1310     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1311     // instruction in the basic block down.
1312     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1313     // Sink the instruction.
1314     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1315     if (!OldPN->use_empty())
1316       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1317     OldPN->eraseFromParent();
1318
1319     if (!I2->use_empty())
1320       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1321     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1322     I2->eraseFromParent();
1323
1324     if (UpdateRE1)
1325       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1326     if (UpdateRE2)
1327       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1328     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1329     NumSinkCommons++;
1330     Changed = true;
1331   }
1332   return Changed;
1333 }
1334
1335 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1336 ///
1337 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1338 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1339 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1340 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1341 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1342 ///
1343 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1344 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1345 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1346 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1347 ///
1348 ///
1349 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1350 /// \code
1351 ///   BB:
1352 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1353 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1354 ///   ThenBB:
1355 ///     %sub = sub %x, %y
1356 ///     br label BB2
1357 ///   EndBB:
1358 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1359 ///     ...
1360 /// \endcode
1361 ///
1362 /// Into this IR:
1363 /// \code
1364 ///   BB:
1365 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1366 ///     %sub = sub %x, %y
1367 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1368 ///     ...
1369 /// \endcode
1370 ///
1371 /// \returns true if the conditional block is removed.
1372 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1373                                    const TargetTransformInfo &TTI) {
1374   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1375   Value *BrCond = BI->getCondition();
1376   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1377     return false;
1378
1379   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1380   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1381
1382   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1383   // to swap the select operands later.
1384   bool Invert = false;
1385   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1386     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1387     Invert = true;
1388   }
1389   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1390
1391   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1392   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1393   // - They are defined in BB, and
1394   // - They have no side effects, and
1395   // - All of their uses are in CondBB.
1396   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1397
1398   unsigned SpeculationCost = 0;
1399   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1400                             BBE = llvm::prior(ThenBB->end());
1401        BBI != BBE; ++BBI) {
1402     Instruction *I = BBI;
1403     // Skip debug info.
1404     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1405       continue;
1406
1407     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1408     // terminator) for now.
1409     SpeculationCost += TTI.getUserCost(I);
1410     if (SpeculationCost > TargetTransformInfo::TCC_Basic)
1411       return false;
1412
1413     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1414     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
1415       return false;
1416     // FIXME: These should really be cost metrics, but our cost model doesn't
1417     // accurately model the expense of selects and floating point operations.
1418     // FIXME: Is it really safe to speculate floating point operations?
1419     // Signaling NaNs break with this, but we shouldn't care, right?
1420     if (isa<SelectInst>(I) || I->getType()->isFPOrFPVectorTy())
1421       return false;
1422     // FIXME: The cost metric currently doesn't reason accurately about simple
1423     // versus complex GEPs, take a conservative approach here.
1424     if (GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(I))
1425       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1426         return false;
1427
1428     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1429     // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1430     // being sunk into the use block.
1431     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1432          i != e; ++i) {
1433       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1434       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1435           OpI->mayHaveSideEffects())
1436         continue; // Not a candidate for sinking.
1437
1438       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1439     }
1440   }
1441
1442   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1443   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1444   // and so iteration order isn't significant.
1445   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1446            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1447        I != E; ++I)
1448     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1449       SpeculationCost += TTI.getUserCost(I->first);
1450       if (SpeculationCost > TargetTransformInfo::TCC_Basic)
1451         return false;
1452     }
1453
1454   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1455   bool HaveRewritablePHIs = false;
1456   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1457        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1458     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1459     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1460
1461     // Skip PHIs which are trivial.
1462     if (ThenV == OrigV)
1463       continue;
1464
1465     HaveRewritablePHIs = true;
1466     ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1467     if (!CE)
1468       continue; // Known safe and cheap.
1469
1470     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1471       return false;
1472
1473     // Don't speculate into a select with a constant select expression operand.
1474     // FIXME: This should really be a cost metric, but our cost model doesn't
1475     // accurately model the expense of select.
1476     if (Operator::getOpcode(CE) == Instruction::Select)
1477       return false;
1478
1479     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1480     // getting expanded into Instructions.
1481     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1482     // constant expression. The cost functions in TTI don't yet correctly model
1483     // constant expression costs.
1484     SpeculationCost += TargetTransformInfo::TCC_Basic;
1485     if (SpeculationCost > TargetTransformInfo::TCC_Basic)
1486       return false;
1487   }
1488
1489   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1490   // as well.
1491   if (!HaveRewritablePHIs)
1492     return false;
1493
1494   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1495   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1496
1497   // Hoist the instructions.
1498   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1499                            llvm::prior(ThenBB->end()));
1500
1501   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1502   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1503   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1504        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1505     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1506     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1507     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1508     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1509
1510     // Skip PHIs which are trivial.
1511     if (OrigV == ThenV)
1512       continue;
1513
1514     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1515     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1516     // destinations were inverted.
1517     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1518     if (Invert)
1519       std::swap(TrueV, FalseV);
1520     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1521                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1522     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1523     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1524   }
1525
1526   ++NumSpeculations;
1527   return true;
1528 }
1529
1530 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1531 /// across this block.
1532 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1533   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1534   unsigned Size = 0;
1535
1536   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1537     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1538       continue;
1539     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1540     ++Size;
1541
1542     // We can only support instructions that do not define values that are
1543     // live outside of the current basic block.
1544     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1545          UI != E; ++UI) {
1546       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1547       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1548     }
1549
1550     // Looks ok, continue checking.
1551   }
1552
1553   return true;
1554 }
1555
1556 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1557 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1558 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1559 /// ultimate destination.
1560 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1561   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1562   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1563   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1564   // outside of the block.
1565   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1566     return false;
1567
1568   // Degenerate case of a single entry PHI.
1569   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1570     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1571     return true;
1572   }
1573
1574   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1575   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1576
1577   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1578   // constants.
1579   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1580     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1581     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1582
1583     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1584     // branch to RealDest.
1585     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1586     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1587
1588     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1589     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1590     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1591
1592     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1593     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1594     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1595     // the edge we are about to create.
1596     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1597                                             RealDest->getName()+".critedge",
1598                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1599     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1600
1601     // Update PHI nodes.
1602     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1603
1604     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1605     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1606     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1607     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1608     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1609     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1610       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1611         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1612         continue;
1613       }
1614       // Clone the instruction.
1615       Instruction *N = BBI->clone();
1616       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1617
1618       // Update operands due to translation.
1619       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1620            i != e; ++i) {
1621         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1622         if (PI != TranslateMap.end())
1623           *i = PI->second;
1624       }
1625
1626       // Check for trivial simplification.
1627       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1628         TranslateMap[BBI] = V;
1629         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1630       } else {
1631         // Insert the new instruction into its new home.
1632         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1633         if (!BBI->use_empty())
1634           TranslateMap[BBI] = N;
1635       }
1636     }
1637
1638     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1639     // to EdgeBB instead.
1640     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1641     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1642       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1643         BB->removePredecessor(PredBB);
1644         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1645       }
1646
1647     // Recurse, simplifying any other constants.
1648     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1649   }
1650
1651   return false;
1652 }
1653
1654 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1655 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1656 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1657   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1658   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1659   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1660   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1661   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1662   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1663   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1664   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1665   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1666   if (!IfCond ||
1667       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1668       isa<ConstantInt>(IfCond))
1669     return false;
1670
1671   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1672   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1673   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1674   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1675   // fewer PHI nodes in this block.
1676   unsigned NumPhis = 0;
1677   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1678     if (NumPhis > 2)
1679       return false;
1680
1681   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1682   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1683   // that need to be moved to the dominating block.
1684   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1685   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1686            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1687
1688   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1689     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1690     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1691       PN->replaceAllUsesWith(V);
1692       PN->eraseFromParent();
1693       continue;
1694     }
1695
1696     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1697                              MaxCostVal0) ||
1698         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1699                              MaxCostVal1))
1700       return false;
1701   }
1702
1703   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1704   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1705   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1706   if (PN == 0) return true;
1707
1708   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1709   // often be turned into switches and other things.
1710   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1711       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1712        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1713        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1714     return false;
1715
1716   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1717   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1718   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1719   // worth promoting to select instructions.
1720   BasicBlock *DomBlock = 0;
1721   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1722   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1723   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1724     IfBlock1 = 0;
1725   } else {
1726     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1727     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1728       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1729         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1730         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1731         // flow, so the xform is not worth it.
1732         return false;
1733       }
1734   }
1735
1736   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1737     IfBlock2 = 0;
1738   } else {
1739     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1740     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1741       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1742         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1743         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1744         // flow, so the xform is not worth it.
1745         return false;
1746       }
1747   }
1748
1749   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1750                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1751
1752   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1753   // do all of the PHI's now.
1754   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1755   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1756
1757   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1758   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1759   if (IfBlock1)
1760     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1761                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1762                                    IfBlock1->getTerminator());
1763   if (IfBlock2)
1764     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1765                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1766                                    IfBlock2->getTerminator());
1767
1768   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1769     // Change the PHI node into a select instruction.
1770     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1771     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1772
1773     SelectInst *NV =
1774       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1775     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1776     NV->takeName(PN);
1777     PN->eraseFromParent();
1778   }
1779
1780   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1781   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1782   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1783   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1784   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1785   Builder.CreateBr(BB);
1786   OldTI->eraseFromParent();
1787   return true;
1788 }
1789
1790 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1791 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1792 /// introducing a select if the return values disagree.
1793 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1794                                            IRBuilder<> &Builder) {
1795   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1796   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1797   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1798   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1799   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1800
1801   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1802   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1803   // computation on one path or the other.
1804   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1805     return false;
1806   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1807     return false;
1808
1809   Builder.SetInsertPoint(BI);
1810   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1811   // there is no return value for this function, just change the
1812   // branch into a return.
1813   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1814     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1815     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1816     Builder.CreateRetVoid();
1817     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1818     return true;
1819   }
1820
1821   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1822   // so we can insert a new select instruction.
1823   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1824   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1825
1826   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1827   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1828     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1829       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1830   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1831     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1832       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1833
1834   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1835   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1836   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1837   // constant expression that prevents this transformation from being
1838   // safe.
1839   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1840     if (TCV->canTrap())
1841       return false;
1842   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1843     if (FCV->canTrap())
1844       return false;
1845
1846   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1847   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1848   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1849   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1850
1851   // Insert select instructions where needed.
1852   Value *BrCond = BI->getCondition();
1853   if (TrueValue) {
1854     // Insert a select if the results differ.
1855     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1856     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1857       TrueValue = FalseValue;
1858     } else {
1859       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1860                                        FalseValue, "retval");
1861     }
1862   }
1863
1864   Value *RI = !TrueValue ?
1865     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1866
1867   (void) RI;
1868
1869   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1870                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1871                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1872
1873   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1874
1875   return true;
1876 }
1877
1878 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1879 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1880 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1881 /// found.
1882 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1883                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1884   assert(BI->isConditional() &&
1885          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1886   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1887   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1888   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1889   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1890   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1891   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1892   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1893   return true;
1894 }
1895
1896 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1897 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1898 ///
1899 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1900   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1901     return false;
1902   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1903     Instruction *PBI = &*I;
1904     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1905     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1906       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1907       Inst->eraseFromParent();
1908       return true;
1909     }
1910   }
1911   return false;
1912 }
1913
1914 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1915 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1916 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1917 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1918   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1919
1920   Instruction *Cond = 0;
1921   if (BI->isConditional())
1922     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1923   else {
1924     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1925     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1926     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1927     // predecessor.
1928     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1929       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1930         if (PBI->isConditional() &&
1931             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1932              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1933           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1934                I != E; ) {
1935             Instruction *Curr = I++;
1936             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1937               Cond = Curr;
1938               break;
1939             }
1940             // Quit if we can't remove this instruction.
1941             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1942               return false;
1943           }
1944         }
1945
1946     if (Cond == 0)
1947       return false;
1948   }
1949
1950   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1951     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
1952   return false;
1953
1954   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1955   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1956   // must be at the front of the block.
1957   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
1958
1959   // Ignore dbg intrinsics.
1960   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1961
1962   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
1963   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
1964   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
1965   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
1966   Instruction *BonusInst = 0;
1967   if (&*FrontIt != Cond &&
1968       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
1969       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
1970     BonusInst = &*FrontIt;
1971     ++FrontIt;
1972
1973     // Ignore dbg intrinsics.
1974     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1975   }
1976
1977   // Only a single bonus inst is allowed.
1978   if (&*FrontIt != Cond)
1979     return false;
1980
1981   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1982   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1983
1984   // Ingore dbg intrinsics.
1985   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
1986
1987   if (&*CondIt != BI)
1988     return false;
1989
1990   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
1991   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
1992   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
1993     if (CE->canTrap())
1994       return false;
1995   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
1996     if (CE->canTrap())
1997       return false;
1998
1999   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2000   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2001   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
2002   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2003     return false;
2004
2005   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2006     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2007     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2008
2009     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2010     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2011     // blocks.
2012     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2013     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
2014         (BI->isConditional() &&
2015          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2016         (!BI->isConditional() &&
2017          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2018       continue;
2019
2020     // Determine if the two branches share a common destination.
2021     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2022     bool InvertPredCond = false;
2023
2024     if (BI->isConditional()) {
2025       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2026         Opc = Instruction::Or;
2027       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2028         Opc = Instruction::And;
2029       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2030         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2031       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2032         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2033       else
2034         continue;
2035     } else {
2036       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2037         continue;
2038     }
2039
2040     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2041     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2042     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2043     // out-of-order core by speculating them earlier.
2044     if (BonusInst) {
2045       // Collect the values used by the bonus inst
2046       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2047       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2048            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2049         Value *V = *OI;
2050         if (!isa<Constant>(V))
2051           UsedValues.insert(V);
2052       }
2053
2054       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2055       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2056
2057       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2058       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2059       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2060       while (!Worklist.empty()) {
2061         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2062         Worklist.pop_back();
2063
2064         if (Pair.second >= 4) continue;
2065         UsedValues.erase(Pair.first);
2066         if (UsedValues.empty()) break;
2067
2068         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2069           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2070                OI != OE; ++OI)
2071             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2072         }
2073       }
2074
2075       if (!UsedValues.empty()) return false;
2076     }
2077
2078     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2079     IRBuilder<> Builder(PBI);
2080
2081     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2082     if (InvertPredCond) {
2083       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2084
2085       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2086         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2087         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2088       } else {
2089         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2090                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2091       }
2092
2093       PBI->setCondition(NewCond);
2094       PBI->swapSuccessors();
2095     }
2096
2097     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2098     Instruction *NewBonus = 0;
2099     if (BonusInst) {
2100       NewBonus = BonusInst->clone();
2101       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2102       NewBonus->takeName(BonusInst);
2103       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2104     }
2105
2106     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2107     // two conditions together.
2108     Instruction *New = Cond->clone();
2109     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2110     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2111     New->takeName(Cond);
2112     Cond->setName(New->getName()+".old");
2113
2114     if (BI->isConditional()) {
2115       Instruction *NewCond =
2116         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2117                                             New, "or.cond"));
2118       PBI->setCondition(NewCond);
2119
2120       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2121       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2122                                                   PredFalseWeight);
2123       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2124                                                   SuccFalseWeight);
2125       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2126
2127       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2128         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2129           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2130           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2131           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2132           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2133           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2134           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2135           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2136           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2137           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2138                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2139         }
2140         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2141         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2142       }
2143       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2144         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2145           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2146           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2147           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2148           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2149           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2150               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2151           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2152           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2153         }
2154         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2155         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2156       }
2157       if (NewWeights.size() == 2) {
2158         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2159         FitWeights(NewWeights);
2160
2161         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2162         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2163                          MDBuilder(BI->getContext()).
2164                          createBranchWeights(MDWeights));
2165       } else
2166         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2167     } else {
2168       // Update PHI nodes in the common successors.
2169       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2170         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2171           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2172         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2173         Instruction *MergedCond = 0;
2174         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2175           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2176           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2177           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2178           Instruction *NotCond =
2179             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2180                                 "not.cond"));
2181           MergedCond =
2182             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2183                                 NotCond, New,
2184                                 "and.cond"));
2185           if (PBI_C->isOne())
2186             MergedCond =
2187               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2188                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2189                                   "or.cond"));
2190         } else {
2191           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2192           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2193           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2194           MergedCond =
2195             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2196                                 PBI->getCondition(), New,
2197                                 "and.cond"));
2198           if (PBI_C->isOne()) {
2199             Instruction *NotCond =
2200               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2201                                   "not.cond"));
2202             MergedCond =
2203               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2204                                   NotCond, MergedCond,
2205                                   "or.cond"));
2206           }
2207         }
2208         // Update PHI Node.
2209         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2210                                   MergedCond);
2211       }
2212       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2213       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2214       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2215       PBI = New_PBI;
2216     }
2217
2218     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2219     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2220
2221     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2222     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2223       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2224         I->clone()->insertBefore(PBI);
2225
2226     return true;
2227   }
2228   return false;
2229 }
2230
2231 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2232 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2233 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2234 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2235 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2236   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2237   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2238
2239   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2240   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2241   // this conditional branch redundant.
2242   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2243       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2244     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2245     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2246     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2247       // Turn this into a branch on constant.
2248       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2249       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2250                                         CondIsTrue));
2251       return true;  // Nuke the branch on constant.
2252     }
2253
2254     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2255     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2256     // simplifycfg will thread the block.
2257     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2258       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2259       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2260                                        std::distance(PB, PE),
2261                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2262                                        BB->begin());
2263       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2264       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2265       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2266       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2267         BasicBlock *P = *PI;
2268         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2269             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2270             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2271             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2272           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2273           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2274                                               CondIsTrue), P);
2275         } else {
2276           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2277         }
2278       }
2279
2280       BI->setCondition(NewPN);
2281       return true;
2282     }
2283   }
2284
2285   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2286   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2287   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2288   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2289   // Ignore dbg intrinsics.
2290   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2291     ++BBI;
2292   if (&*BBI != BI)
2293     return false;
2294
2295
2296   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2297     if (CE->canTrap())
2298       return false;
2299
2300   int PBIOp, BIOp;
2301   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2302     PBIOp = BIOp = 0;
2303   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2304     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2305   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2306     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2307   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2308     PBIOp = BIOp = 1;
2309   else
2310     return false;
2311
2312   // Check to make sure that the other destination of this branch
2313   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2314   // keep getting unwound.
2315   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2316     return false;
2317
2318   // Do not perform this transformation if it would require
2319   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2320   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2321   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2322
2323   unsigned NumPhis = 0;
2324   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2325        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2326     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2327       return false;
2328
2329   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2330   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2331
2332   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2333                << "AND: " << *BI->getParent());
2334
2335
2336   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2337   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2338   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2339   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2340   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2341   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2342   // infinite loop with no cond branch.
2343   if (OtherDest == BB) {
2344     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2345     // or it won't matter if it's hot. :)
2346     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2347                                                   "infloop", BB->getParent());
2348     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2349     OtherDest = InfLoopBlock;
2350   }
2351
2352   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2353
2354   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2355   // it alone, but modify PBI.
2356
2357   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2358   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2359   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2360   if (PBIOp)
2361     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2362
2363   Value *BICond = BI->getCondition();
2364   if (BIOp)
2365     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2366
2367   // Merge the conditions.
2368   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2369
2370   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2371   PBI->setCondition(Cond);
2372   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2373   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2374
2375   // Update branch weight for PBI.
2376   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2377   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2378                                               PredFalseWeight);
2379   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2380                                               SuccFalseWeight);
2381   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2382     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2383     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2384     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2385     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2386     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2387     //                                    PredOther * SuccCommon.
2388     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2389     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2390     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2391                          PredOther * SuccCommon);
2392     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2393     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2394     FitWeights(NewWeights);
2395
2396     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2397     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2398                      MDBuilder(BI->getContext()).
2399                      createBranchWeights(MDWeights));
2400   }
2401
2402   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2403   // block that are identical to the entries for BI's block.
2404   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2405
2406   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2407   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2408   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2409   // them agree.
2410   PHINode *PN;
2411   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2412        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2413     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2414     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2415     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2416     if (BIV != PBIV) {
2417       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2418       Value *NV = cast<SelectInst>
2419         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2420       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2421     }
2422   }
2423
2424   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2425   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2426
2427   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2428   // one fewer predecessor.
2429   return true;
2430 }
2431
2432 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2433 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2434 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2435 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2436 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2437 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2438                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2439                                        uint32_t TrueWeight,
2440                                        uint32_t FalseWeight){
2441   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2442   // First, figure out which successors to preserve.
2443   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2444   // successor.
2445   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2446   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2447
2448   // Then remove the rest.
2449   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2450     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2451     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2452     if (Succ == KeepEdge1)
2453       KeepEdge1 = 0;
2454     else if (Succ == KeepEdge2)
2455       KeepEdge2 = 0;
2456     else
2457       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2458   }
2459
2460   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2461   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2462
2463   // Insert an appropriate new terminator.
2464   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2465     if (TrueBB == FalseBB)
2466       // We were only looking for one successor, and it was present.
2467       // Create an unconditional branch to it.
2468       Builder.CreateBr(TrueBB);
2469     else {
2470       // We found both of the successors we were looking for.
2471       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2472       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2473       if (TrueWeight != FalseWeight)
2474         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2475                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2476                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2477     }
2478   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2479     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2480     // terminator must be unreachable.
2481     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2482   } else {
2483     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2484     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2485     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2486     if (KeepEdge1 == 0)
2487       // Only TrueBB was found.
2488       Builder.CreateBr(TrueBB);
2489     else
2490       // Only FalseBB was found.
2491       Builder.CreateBr(FalseBB);
2492   }
2493
2494   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2495   return true;
2496 }
2497
2498 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2499 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2500 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2501 // unconditional otherwise.
2502 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2503   // Check for constant integer values in the select.
2504   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2505   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2506   if (!TrueVal || !FalseVal)
2507     return false;
2508
2509   // Find the relevant condition and destinations.
2510   Value *Condition = Select->getCondition();
2511   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2512   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2513
2514   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2515   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2516   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2517   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2518   if (HasWeights) {
2519     GetBranchWeights(SI, Weights);
2520     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2521       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2522                                      getSuccessorIndex()];
2523       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2524                                       getSuccessorIndex()];
2525     }
2526   }
2527
2528   // Perform the actual simplification.
2529   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2530                                     TrueWeight, FalseWeight);
2531 }
2532
2533 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2534 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2535 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2536 // with
2537 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2538 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2539   // Check that both operands of the select are block addresses.
2540   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2541   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2542   if (!TBA || !FBA)
2543     return false;
2544
2545   // Extract the actual blocks.
2546   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2547   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2548
2549   // Perform the actual simplification.
2550   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2551                                     0, 0);
2552 }
2553
2554 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2555 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2556 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2557 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2558 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2559 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2560 /// like:
2561 ///
2562 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2563 /// DEFAULT:
2564 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2565 ///   br label %end
2566 /// end:
2567 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2568 ///
2569 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2570 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2571 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2572     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2573     const DataLayout *TD) {
2574   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2575
2576   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2577   // complex.
2578   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2579
2580   Value *V = ICI->getOperand(0);
2581   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2582
2583   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2584   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2585   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2586   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2587   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2588
2589   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2590   if (SI->getCondition() != V)
2591     return false;
2592
2593   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2594   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2595   // away.
2596   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2597     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2598     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2599     ICI->setOperand(0, VVal);
2600
2601     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2602       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2603       ICI->eraseFromParent();
2604     }
2605     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2606     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2607   }
2608
2609   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2610   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2611   // and zap it.
2612   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2613     Value *V;
2614     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2615       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2616     else
2617       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2618
2619     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2620     ICI->eraseFromParent();
2621     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2622     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2623   }
2624
2625   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2626   // the block.
2627   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2628   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2629   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2630       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2631     return false;
2632
2633   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2634   // true in the PHI.
2635   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2636   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2637
2638   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2639     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2640
2641   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2642   // false depending on if it is EQ or NE.
2643   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2644   ICI->eraseFromParent();
2645
2646   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2647   // the switch to the merge point on the compared value.
2648   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2649                                          BB->getParent(), BB);
2650   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2651   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2652   if (HasWeights) {
2653     GetBranchWeights(SI, Weights);
2654     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2655       // Split weight for default case to case for "Cst".
2656       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2657       Weights.push_back(Weights[0]);
2658
2659       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2660       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2661                       MDBuilder(SI->getContext()).
2662                       createBranchWeights(MDWeights));
2663     }
2664   }
2665   SI->addCase(Cst, NewBB);
2666
2667   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2668   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2669   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2670   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2671   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2672   return true;
2673 }
2674
2675 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2676 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2677 /// fold it into a switch instruction if so.
2678 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2679                                       IRBuilder<> &Builder) {
2680   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2681   if (Cond == 0) return false;
2682
2683
2684   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2685   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2686   // 'setne's and'ed together, collect them.
2687   Value *CompVal = 0;
2688   std::vector<ConstantInt*> Values;
2689   bool TrueWhenEqual = true;
2690   Value *ExtraCase = 0;
2691   unsigned UsedICmps = 0;
2692
2693   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2694     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2695                                      UsedICmps);
2696   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2697     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2698                                      UsedICmps);
2699     TrueWhenEqual = false;
2700   }
2701
2702   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2703   if (CompVal == 0) return false;
2704
2705   // Avoid turning single icmps into a switch.
2706   if (UsedICmps <= 1)
2707     return false;
2708
2709   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2710   // instruction can't handle, remove them now.
2711   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2712   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2713
2714   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2715   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2716   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2717
2718   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2719   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2720
2721   // Figure out which block is which destination.
2722   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2723   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2724   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2725
2726   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2727
2728   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2729                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2730
2731   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2732   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2733   // right before the condbr to handle it.
2734   if (ExtraCase) {
2735     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2736     // Remove the uncond branch added to the old block.
2737     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2738     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2739
2740     if (TrueWhenEqual)
2741       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2742     else
2743       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2744
2745     OldTI->eraseFromParent();
2746
2747     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2748     // for the edge we just added.
2749     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2750
2751     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2752           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2753     BB = NewBB;
2754   }
2755
2756   Builder.SetInsertPoint(BI);
2757   // Convert pointer to int before we switch.
2758   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2759     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2760     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2761                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2762                                      "magicptr");
2763   }
2764
2765   // Create the new switch instruction now.
2766   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2767
2768   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2769   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2770     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2771
2772   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2773   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2774   // the number of edges added.
2775   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2776        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2777     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2778     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2779     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2780       PN->addIncoming(InVal, BB);
2781   }
2782
2783   // Erase the old branch instruction.
2784   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2785
2786   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2787   return true;
2788 }
2789
2790 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2791   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2792   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2793   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2794   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2795   if (RI->getValue() != LPInst)
2796     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2797     // caused control to branch here.
2798     return false;
2799
2800   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2801   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2802   while (++I != E)
2803     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2804       return false;
2805
2806   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2807   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2808     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2809     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2810     // Insert a call instruction before the invoke.
2811     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2812     Call->takeName(II);
2813     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2814     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2815     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2816
2817     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2818     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2819     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2820     // updated.
2821     II->replaceAllUsesWith(Call);
2822     BB->removePredecessor(II->getParent());
2823
2824     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2825     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2826
2827     // Finally, delete the invoke instruction!
2828     II->eraseFromParent();
2829   }
2830
2831   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2832   BB->eraseFromParent();
2833   return true;
2834 }
2835
2836 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2837   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2838   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2839
2840   // Find predecessors that end with branches.
2841   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2842   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2843   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2844     BasicBlock *P = *PI;
2845     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2846     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2847       if (BI->isUnconditional())
2848         UncondBranchPreds.push_back(P);
2849       else
2850         CondBranchPreds.push_back(BI);
2851     }
2852   }
2853
2854   // If we found some, do the transformation!
2855   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2856     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2857       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2858       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2859             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2860       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2861     }
2862
2863     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2864     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2865       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2866       BB->eraseFromParent();
2867
2868     return true;
2869   }
2870
2871   // Check out all of the conditional branches going to this return
2872   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2873   // branch itself into a select/return pair.
2874   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2875     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2876
2877     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2878     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2879         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2880         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2881       return true;
2882   }
2883   return false;
2884 }
2885
2886 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2887   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2888
2889   bool Changed = false;
2890
2891   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2892   // be removed, do so.
2893   while (UI != BB->begin()) {
2894     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2895     --BBI;
2896     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2897     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2898     // operations may have this effect.
2899     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2900
2901     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2902       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2903         if (SI->isVolatile())
2904           break;
2905       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2906         if (LI->isVolatile())
2907           break;
2908       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2909         if (RMWI->isVolatile())
2910           break;
2911       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2912         if (CXI->isVolatile())
2913           break;
2914       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2915                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2916         break;
2917       }
2918       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2919       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2920       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2921       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2922     }
2923
2924     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2925     if (!BBI->use_empty())
2926       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2927     BBI->eraseFromParent();
2928     Changed = true;
2929   }
2930
2931   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
2932   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
2933   if (&BB->front() != UI) return Changed;
2934
2935   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2936   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
2937     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
2938     IRBuilder<> Builder(TI);
2939     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2940       if (BI->isUnconditional()) {
2941         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2942           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
2943           TI->eraseFromParent();
2944           Changed = true;
2945         }
2946       } else {
2947         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2948           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
2949           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2950         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
2951           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
2952           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2953           Changed = true;
2954         }
2955       }
2956     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2957       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2958            i != e; ++i)
2959         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
2960           BB->removePredecessor(SI->getParent());
2961           SI->removeCase(i);
2962           --i; --e;
2963           Changed = true;
2964         }
2965       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
2966       // destination and make it the default.
2967       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
2968         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
2969         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2970              i != e; ++i) {
2971           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
2972               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
2973           if (entry.first == 0) {
2974             entry.first = 1;
2975             entry.second = i.getCaseIndex();
2976           } else {
2977             entry.first++;
2978           }
2979         }
2980
2981         // Find the most popular block.
2982         unsigned MaxPop = 0;
2983         unsigned MaxIndex = 0;
2984         BasicBlock *MaxBlock = 0;
2985         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
2986              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
2987           if (I->second.first > MaxPop ||
2988               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
2989             MaxPop = I->second.first;
2990             MaxIndex = I->second.second;
2991             MaxBlock = I->first;
2992           }
2993         }
2994         if (MaxBlock) {
2995           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
2996           // edges to it.
2997           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
2998           Changed = true;
2999
3000           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3001           // it.
3002           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3003             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3004               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3005
3006           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3007                i != e; ++i)
3008             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3009               SI->removeCase(i);
3010               --i; --e;
3011             }
3012         }
3013       }
3014     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3015       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3016         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3017         // place to note that the call does not throw though.
3018         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3019         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3020
3021         // Insert the call now...
3022         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3023         Builder.SetInsertPoint(BI);
3024         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3025                                           Args, II->getName());
3026         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3027         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3028         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3029         II->replaceAllUsesWith(CI);
3030         delete II;
3031         Changed = true;
3032       }
3033     }
3034   }
3035
3036   // If this block is now dead, remove it.
3037   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3038       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3039     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3040     BB->eraseFromParent();
3041     return true;
3042   }
3043
3044   return Changed;
3045 }
3046
3047 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3048 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3049 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3050   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3051
3052   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3053   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3054   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3055   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3056   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3057   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3058     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3059       return false;
3060     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3061   }
3062   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3063
3064   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3065   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3066   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3067     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3068       return false;
3069   }
3070
3071   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3072   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3073
3074   Value *Sub = SI->getCondition();
3075   if (!Offset->isNullValue())
3076     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3077   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3078   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3079       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3080
3081   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3082   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3083   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3084   if (HasWeights) {
3085     GetBranchWeights(SI, Weights);
3086     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3087       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3088       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3089       // bits.
3090       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3091       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3092         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3093       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3094                          MDBuilder(SI->getContext()).
3095                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3096                                              (uint32_t)Weights[0]));
3097     }
3098   }
3099
3100   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3101   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3102        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3103     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3104       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3105   }
3106   SI->eraseFromParent();
3107
3108   return true;
3109 }
3110
3111 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3112 /// and use it to remove dead cases.
3113 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3114   Value *Cond = SI->getCondition();
3115   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
3116   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3117   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3118
3119   // Gather dead cases.
3120   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3121   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3122     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3123         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3124       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3125       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3126                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3127     }
3128   }
3129
3130   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3131   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3132   if (HasWeight) {
3133     GetBranchWeights(SI, Weights);
3134     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3135   }
3136
3137   // Remove dead cases from the switch.
3138   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3139     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3140     assert(Case != SI->case_default() &&
3141            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3142     if (HasWeight) {
3143       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3144       Weights.pop_back();
3145     }
3146
3147     // Prune unused values from PHI nodes.
3148     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3149     SI->removeCase(Case);
3150   }
3151   if (HasWeight) {
3152     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3153     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3154                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3155                     createBranchWeights(MDWeights));
3156   }
3157
3158   return !DeadCases.empty();
3159 }
3160
3161 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3162 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3163 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3164 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3165 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3166 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3167                                               BasicBlock *BB,
3168                                               int *PhiIndex) {
3169   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3170     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3171   if (!BB->getSinglePredecessor())
3172     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3173
3174   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3175   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3176     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3177
3178   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3179
3180   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3181   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3182     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3183     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3184
3185     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3186     if (InValue != CaseValue) continue;
3187
3188     *PhiIndex = Idx;
3189     return PHI;
3190   }
3191
3192   return NULL;
3193 }
3194
3195 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3196 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3197 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3198 /// Returns true if a change is made.
3199 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3200   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3201   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3202
3203   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3204     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3205     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3206
3207     int PhiIndex;
3208     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3209                                                  &PhiIndex);
3210     if (!PHI) continue;
3211
3212     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3213   }
3214
3215   bool Changed = false;
3216
3217   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3218        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3219     PHINode *Phi = I->first;
3220     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
3221
3222     if (Indexes.size() < 2) continue;
3223
3224     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3225       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3226     Changed = true;
3227   }
3228
3229   return Changed;
3230 }
3231
3232 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3233 /// initializing an array of constants like C.
3234 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3235   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3236     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3237
3238   return isa<ConstantFP>(C) ||
3239       isa<ConstantInt>(C) ||
3240       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3241       isa<GlobalValue>(C) ||
3242       isa<UndefValue>(C);
3243 }
3244
3245 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3246 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3247 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3248                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3249   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3250     return C;
3251   return ConstantPool.lookup(V);
3252 }
3253
3254 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3255 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3256 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3257 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3258 static Constant *ConstantFold(Instruction *I,
3259                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3260   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3261     Constant *A = LookupConstant(BO->getOperand(0), ConstantPool);
3262     if (!A)
3263       return 0;
3264     Constant *B = LookupConstant(BO->getOperand(1), ConstantPool);
3265     if (!B)
3266       return 0;
3267     return ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), A, B);
3268   }
3269
3270   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3271     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3272     if (!A)
3273       return 0;
3274     Constant *B = LookupConstant(I->getOperand(1), ConstantPool);
3275     if (!B)
3276       return 0;
3277     return ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(), A, B);
3278   }
3279
3280   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3281     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3282     if (!A)
3283       return 0;
3284     if (A->isAllOnesValue())
3285       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3286     if (A->isNullValue())
3287       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3288     return 0;
3289   }
3290
3291   if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3292     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3293     if (!A)
3294       return 0;
3295     return ConstantExpr::getCast(Cast->getOpcode(), A, Cast->getDestTy());
3296   }
3297
3298   return 0;
3299 }
3300
3301 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3302 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3303 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3304 /// case), of a switch instruction SI.
3305 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3306                            ConstantInt *CaseVal,
3307                            BasicBlock *CaseDest,
3308                            BasicBlock **CommonDest,
3309                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
3310   // The block from which we enter the common destination.
3311   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3312
3313   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3314   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3315   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3316   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3317   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3318        ++I) {
3319     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3320       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3321       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3322         return false;
3323       Pred = CaseDest;
3324       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3325     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3326       // Skip debug intrinsic.
3327       continue;
3328     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool)) {
3329       // Instruction is side-effect free and constant.
3330       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3331     } else {
3332       break;
3333     }
3334   }
3335
3336   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3337   if (!*CommonDest)
3338     *CommonDest = CaseDest;
3339   // If the destination isn't the common one, abort.
3340   if (CaseDest != *CommonDest)
3341     return false;
3342
3343   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3344   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3345   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3346     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3347     if (Idx == -1)
3348       continue;
3349
3350     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3351                                         ConstantPool);
3352     if (!ConstVal)
3353       return false;
3354
3355     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3356     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3357     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3358     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3359     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3360
3361     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3362     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3363       return false;
3364
3365     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3366   }
3367
3368   return true;
3369 }
3370
3371 namespace {
3372   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3373   /// to replace a switch.
3374   class SwitchLookupTable {
3375   public:
3376     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3377     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3378     /// table.
3379     SwitchLookupTable(Module &M,
3380                       uint64_t TableSize,
3381                       ConstantInt *Offset,
3382                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3383                       Constant *DefaultValue,
3384                       const DataLayout *TD);
3385
3386     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3387     /// the position given by Index in the lookup table.
3388     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3389
3390     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3391     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3392     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3393                                    uint64_t TableSize,
3394                                    const Type *ElementType);
3395
3396   private:
3397     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3398     // different ways.
3399     enum {
3400       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3401       // store that single value and return it for each lookup.
3402       SingleValueKind,
3403
3404       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3405       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3406       // shift and mask operations.
3407       BitMapKind,
3408
3409       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3410       // instructions from the table.
3411       ArrayKind
3412     } Kind;
3413
3414     // For SingleValueKind, this is the single value.
3415     Constant *SingleValue;
3416
3417     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3418     ConstantInt *BitMap;
3419     IntegerType *BitMapElementTy;
3420
3421     // For ArrayKind, this is the array.
3422     GlobalVariable *Array;
3423   };
3424 }
3425
3426 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3427                                      uint64_t TableSize,
3428                                      ConstantInt *Offset,
3429                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3430                                      Constant *DefaultValue,
3431                                      const DataLayout *TD)
3432     : SingleValue(0), BitMap(0), BitMapElementTy(0), Array(0) {
3433   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3434   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3435
3436   // If all values in the table are equal, this is that value.
3437   SingleValue = Values.begin()->second;
3438
3439   // Build up the table contents.
3440   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3441   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3442     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3443     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3444     assert(CaseRes->getType() == DefaultValue->getType());
3445
3446     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3447                    .getLimitedValue();
3448     TableContents[Idx] = CaseRes;
3449
3450     if (CaseRes != SingleValue)
3451       SingleValue = 0;
3452   }
3453
3454   // Fill in any holes in the table with the default result.
3455   if (Values.size() < TableSize) {
3456     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3457       if (!TableContents[I])
3458         TableContents[I] = DefaultValue;
3459     }
3460
3461     if (DefaultValue != SingleValue)
3462       SingleValue = 0;
3463   }
3464
3465   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3466   // that single value.
3467   if (SingleValue) {
3468     Kind = SingleValueKind;
3469     return;
3470   }
3471
3472   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3473   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, DefaultValue->getType())) {
3474     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(DefaultValue->getType());
3475     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3476     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3477       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3478       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3479       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3480         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3481         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3482       }
3483     }
3484     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3485     BitMapElementTy = IT;
3486     Kind = BitMapKind;
3487     ++NumBitMaps;
3488     return;
3489   }
3490
3491   // Store the table in an array.
3492   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultValue->getType(), TableSize);
3493   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3494
3495   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3496                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3497                              Initializer,
3498                              "switch.table");
3499   Array->setUnnamedAddr(true);
3500   Kind = ArrayKind;
3501 }
3502
3503 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3504   switch (Kind) {
3505     case SingleValueKind:
3506       return SingleValue;
3507     case BitMapKind: {
3508       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3509       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3510
3511       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3512       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3513       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3514       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3515
3516       // Multiply the shift amount by the element width.
3517       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3518                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3519                                    "switch.shiftamt");
3520
3521       // Shift down.
3522       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3523                                               "switch.downshift");
3524       // Mask off.
3525       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3526                                  "switch.masked");
3527     }
3528     case ArrayKind: {
3529       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3530       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3531                                              "switch.gep");
3532       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3533     }
3534   }
3535   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3536 }
3537
3538 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3539                                            uint64_t TableSize,
3540                                            const Type *ElementType) {
3541   if (!TD)
3542     return false;
3543   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3544   if (!IT)
3545     return false;
3546   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3547   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3548
3549   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3550   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3551     return false;
3552   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3553 }
3554
3555 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3556 /// for this switch, based on the number of caes, size of the table and the
3557 /// types of the results.
3558 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3559                                    uint64_t TableSize,
3560                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3561                                    const DataLayout *TD,
3562                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3563   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3564     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3565
3566   bool AllTablesFitInRegister = true;
3567   bool HasIllegalType = false;
3568   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3569        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3570     Type *Ty = I->second;
3571
3572     // Saturate this flag to true.
3573     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3574
3575     // Saturate this flag to false.
3576     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3577       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, Ty);
3578
3579     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3580     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3581     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3582     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3583       break;
3584   }
3585
3586   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3587   if (AllTablesFitInRegister)
3588     return true;
3589
3590   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3591   if (HasIllegalType)
3592     return false;
3593
3594   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3595   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3596   // FIXME: Find the best cut-off.
3597   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3598 }
3599
3600 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3601 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3602 /// replace the switch with lookup tables.
3603 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3604                                 IRBuilder<> &Builder,
3605                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3606                                 const DataLayout* TD) {
3607   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3608
3609   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3610   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3611     return false;
3612
3613   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3614   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3615
3616   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3617   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3618   // string and lookup indices into that.
3619
3620   // Ignore the switch if the number of cases is too small.
3621   // This is similar to the check when building jump tables in
3622   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3623   // FIXME: Determine the best cut-off.
3624   if (SI->getNumCases() < 4)
3625     return false;
3626
3627   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3628   // common destination, as well as the the min and max case values.
3629   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3630   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3631   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3632   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3633
3634   BasicBlock *CommonDest = 0;
3635   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3636   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3637   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3638   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3639   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3640
3641   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3642     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3643     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3644       MinCaseVal = CaseVal;
3645     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3646       MaxCaseVal = CaseVal;
3647
3648     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3649     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3650     ResultsTy Results;
3651     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3652                         Results))
3653       return false;
3654
3655     // Append the result from this case to the list for each phi.
3656     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3657       if (!ResultLists.count(I->first))
3658         PHIs.push_back(I->first);
3659       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3660     }
3661   }
3662
3663   // Get the resulting values for the default case.
3664   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3665   if (!GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3666                       DefaultResultsList))
3667     return false;
3668   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3669     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3670     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3671     DefaultResults[PHI] = Result;
3672     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3673   }
3674
3675   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3676   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3677   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, TD, ResultTypes))
3678     return false;
3679
3680   // Create the BB that does the lookups.
3681   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3682   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3683                                             "switch.lookup",
3684                                             CommonDest->getParent(),
3685                                             CommonDest);
3686
3687   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3688   // the new BB.
3689   Builder.SetInsertPoint(SI);
3690   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3691                                         "switch.tableidx");
3692   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3693       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3694   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3695
3696   // Populate the BB that does the lookups.
3697   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3698   bool ReturnedEarly = false;
3699   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3700     PHINode *PHI = PHIs[I];
3701
3702     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3703                             DefaultResults[PHI], TD);
3704
3705     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3706
3707     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3708     // do that right here.
3709     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3710         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3711       Builder.CreateRet(Result);
3712       ReturnedEarly = true;
3713       break;
3714     }
3715
3716     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3717   }
3718
3719   if (!ReturnedEarly)
3720     Builder.CreateBr(CommonDest);
3721
3722   // Remove the switch.
3723   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3724     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3725     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3726     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3727   }
3728   SI->eraseFromParent();
3729
3730   ++NumLookupTables;
3731   return true;
3732 }
3733
3734 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3735   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3736
3737   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3738     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3739     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3740     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3741       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3742         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3743
3744     Value *Cond = SI->getCondition();
3745     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3746       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3747         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3748
3749     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3750     // away into any preds.
3751     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3752     // Ignore dbg intrinsics.
3753     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3754       ++BBI;
3755     if (SI == &*BBI)
3756       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3757         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3758   }
3759
3760   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3761   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3762     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3763
3764   // Remove unreachable cases.
3765   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3766     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3767
3768   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3769     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3770
3771   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, TD))
3772     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3773
3774   return false;
3775 }
3776
3777 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3778   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3779   bool Changed = false;
3780
3781   // Eliminate redundant destinations.
3782   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3783   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3784     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3785     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3786       Dest->removePredecessor(BB);
3787       IBI->removeDestination(i);
3788       --i; --e;
3789       Changed = true;
3790     }
3791   }
3792
3793   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3794     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3795     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3796     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3797     return true;
3798   }
3799
3800   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3801     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3802     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3803     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3804     return true;
3805   }
3806
3807   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3808     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3809       return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3810   }
3811   return Changed;
3812 }
3813
3814 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3815   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3816
3817   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3818     return true;
3819
3820   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3821   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3822   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3823       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3824     return true;
3825
3826   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3827   // against a constant, try to simplify the block.
3828   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3829     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3830       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3831         ;
3832       if (I->isTerminator() &&
3833           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, TD))
3834         return true;
3835     }
3836
3837   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3838   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3839   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3840   // for PHI nodes in common successor.
3841   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3842     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3843   return false;
3844 }
3845
3846
3847 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3848   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3849
3850   // Conditional branch
3851   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3852     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3853     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3854     // switch.
3855     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3856       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3857         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3858
3859     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3860     // Ignore dbg intrinsics.
3861     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3862     // Ignore dbg intrinsics.
3863     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3864       ++I;
3865     if (&*I == BI) {
3866       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3867         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3868     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3869       ++I;
3870       // Ignore dbg intrinsics.
3871       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3872         ++I;
3873       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3874         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3875     }
3876   }
3877
3878   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3879   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3880     return true;
3881
3882   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3883   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3884   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3885   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3886     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3887
3888   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3889   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3890   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3891   // can hoist it up to the branching block.
3892   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3893     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3894       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3895         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3896     } else {
3897       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3898       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3899       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3900       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3901           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3902         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), TTI))
3903           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3904     }
3905   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3906     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
3907     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
3908     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
3909     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3910         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
3911       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), TTI))
3912         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3913   }
3914
3915   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
3916   // through this block if any PHI node entries are constants.
3917   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
3918     if (PN->getParent() == BI->getParent())
3919       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
3920         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3921
3922   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
3923   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
3924     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
3925       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
3926         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
3927           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3928
3929   return false;
3930 }
3931
3932 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
3933 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
3934   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
3935   if (!C)
3936     return false;
3937
3938   if (I->use_empty())
3939     return false;
3940
3941   if (C->isNullValue()) {
3942     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
3943     User *Use = *I->use_begin();
3944
3945     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
3946     // control flow (eg. calls)
3947     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
3948       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
3949         return false;
3950
3951     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
3952     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
3953       if (GEP->getPointerOperand() == I)
3954         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
3955
3956     // Look through bitcasts.
3957     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
3958       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
3959
3960     // Load from null is undefined.
3961     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
3962       return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
3963
3964     // Store to null is undefined.
3965     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
3966       return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
3967   }
3968   return false;
3969 }
3970
3971 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
3972 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
3973 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
3974   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
3975        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
3976     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3977       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
3978         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
3979         IRBuilder<> Builder(T);
3980         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
3981           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
3982           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
3983           // destination from conditional branches.
3984           if (BI->isUnconditional())
3985             Builder.CreateUnreachable();
3986           else
3987             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
3988                                                          BI->getSuccessor(0));
3989           BI->eraseFromParent();
3990           return true;
3991         }
3992         // TODO: SwitchInst.
3993       }
3994
3995   return false;
3996 }
3997
3998 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
3999   bool Changed = false;
4000
4001   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4002   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4003
4004   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4005   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4006   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4007        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4008       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4009     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4010     DeleteDeadBlock(BB);
4011     return true;
4012   }
4013
4014   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4015   // away...
4016   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4017
4018   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4019   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4020
4021   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4022   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4023
4024   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4025   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4026   // if there are no PHI nodes.
4027   //
4028   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4029     return true;
4030
4031   IRBuilder<> Builder(BB);
4032
4033   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4034   // eliminate it, do so now.
4035   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4036     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4037       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
4038
4039   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4040   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4041     if (BI->isUnconditional()) {
4042       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4043     } else {
4044       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4045     }
4046   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4047     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4048   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4049     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4050   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4051     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4052   } else if (UnreachableInst *UI =
4053                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4054     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4055   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4056                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4057     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4058   }
4059
4060   return Changed;
4061 }
4062
4063 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4064 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4065 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4066 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4067 ///
4068 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4069                        const DataLayout *TD) {
4070   return SimplifyCFGOpt(TTI, TD).run(BB);
4071 }