Typo: s/caes/cases/ in SimplifyCFG
[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 static cl::opt<bool>
63 HoistCondStores("simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
64        cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store preceeds"));
65
66 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
67 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
68 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
69 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
70
71 namespace {
72   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
73   struct ValueEqualityComparisonCase {
74     ConstantInt *Value;
75     BasicBlock *Dest;
76
77     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
78       : Value(Value), Dest(Dest) {}
79
80     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
81       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
82       return Value < RHS.Value;
83     }
84
85     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
86   };
87
88 class SimplifyCFGOpt {
89   const TargetTransformInfo &TTI;
90   const DataLayout *const TD;
91
92   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
93   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
94                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
95   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
96                                                      BasicBlock *Pred,
97                                                      IRBuilder<> &Builder);
98   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
99                                            IRBuilder<> &Builder);
100
101   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
102   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
103   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
104   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
105   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
106   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
107   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
108
109 public:
110   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *TD)
111       : TTI(TTI), TD(TD) {}
112   bool run(BasicBlock *BB);
113 };
114 }
115
116 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
117 /// terminator instructions together.
118 ///
119 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
120   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
121
122   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
123   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
124   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
125   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
126   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
127   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
128
129   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
130     if (SI1Succs.count(*I))
131       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
132            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
133         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
134         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
135             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
136           return false;
137       }
138
139   return true;
140 }
141
142 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
143 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
144 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
145 /// successors.
146 ///
147 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
148                                           BranchInst *SI2,
149                                           Instruction *Cond,
150                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
151   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
152   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
153
154   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
155   // common successors:
156   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
157   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
158   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
159   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
160   if (!Ci2) return false;
161   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
162         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
163       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
164         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
165     return false;
166
167   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
168   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
169   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
170   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
171     if (SI1Succs.count(*I))
172       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
173            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
174         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
175         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
176             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
177           return false;
178         PhiNodes.push_back(PN);
179       }
180   return true;
181 }
182
183 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
184 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
185 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
186 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
187 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
188                                   BasicBlock *ExistPred) {
189   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
190
191   PHINode *PN;
192   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
193        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
194     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
195 }
196
197
198 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
199 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
200 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
201 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
202 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
203 /// be entered if the condition is false.
204 ///
205 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
206 /// instructions in them.
207 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
208                              BasicBlock *&IfFalse) {
209   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
210   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
211          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
212   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
213   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
214
215   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
216   // branches if possible anyway.
217   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
218   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
219   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
220     return 0;
221
222   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
223   // either are.
224   if (Pred2Br->isConditional()) {
225     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
226     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
227     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
228     // probably not profitable.
229     if (Pred1Br->isConditional())
230       return 0;
231
232     std::swap(Pred1, Pred2);
233     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
234   }
235
236   if (Pred1Br->isConditional()) {
237     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
238     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
239     // doesn't dominate BB.
240     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
241       return 0;
242
243     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
244     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
245     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
246         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
247       IfTrue = Pred1;
248       IfFalse = Pred2;
249     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
250                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
251       IfTrue = Pred2;
252       IfFalse = Pred1;
253     } else {
254       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
255       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
256       return 0;
257     }
258
259     return Pred1Br->getCondition();
260   }
261
262   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
263   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
264   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
265   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
266   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
267     return 0;
268
269   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
270   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
271   if (BI == 0) return 0;
272
273   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
274   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
275     IfTrue = Pred1;
276     IfFalse = Pred2;
277   } else {
278     IfTrue = Pred2;
279     IfFalse = Pred1;
280   }
281   return BI->getCondition();
282 }
283
284 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
285 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
286 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
287 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
288   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
289          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
290   switch (Operator::getOpcode(I)) {
291   default:
292     // In doubt, be conservative.
293     return UINT_MAX;
294   case Instruction::GetElementPtr:
295     // GEPs are cheap if all indices are constant.
296     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
297       return UINT_MAX;
298     return 1;
299   case Instruction::Load:
300   case Instruction::Add:
301   case Instruction::Sub:
302   case Instruction::And:
303   case Instruction::Or:
304   case Instruction::Xor:
305   case Instruction::Shl:
306   case Instruction::LShr:
307   case Instruction::AShr:
308   case Instruction::ICmp:
309   case Instruction::Trunc:
310   case Instruction::ZExt:
311   case Instruction::SExt:
312     return 1; // These are all cheap.
313
314   case Instruction::Call:
315   case Instruction::Select:
316     return 2;
317   }
318 }
319
320 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
321 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
322 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
323 /// which works well enough for us.
324 ///
325 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
326 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
327 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
328 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
329 /// set and true is returned.
330 ///
331 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
332 /// Select whose cost is 2.
333 ///
334 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
335 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
336 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
337 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
338                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
339                                 unsigned &CostRemaining) {
340   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
341   if (!I) {
342     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
343     // can be executed unconditionally.
344     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
345       if (C->canTrap())
346         return false;
347     return true;
348   }
349   BasicBlock *PBB = I->getParent();
350
351   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
352   // the bottom of this block.
353   if (PBB == BB) return false;
354
355   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
356   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
357   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
358   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
359   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
360     return true;
361
362   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
363   // instructions in the 'if region'.
364   if (AggressiveInsts == 0) return false;
365
366   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
367   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
368
369   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
370   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
371   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
372   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
373     return false;
374
375   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
376
377   if (Cost > CostRemaining)
378     return false;
379
380   CostRemaining -= Cost;
381
382   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
383   // not take us over the cost threshold.
384   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
385     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
386       return false;
387   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
388   AggressiveInsts->insert(I);
389   return true;
390 }
391
392 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
393 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
394 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
395   // Normal constant int.
396   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
397   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
398     return CI;
399
400   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
401   // ConstantInt if possible.
402   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(TD->getIntPtrType(V->getType()));
403
404   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
405   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
406     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
407
408   // IntToPtr const int.
409   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
410     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
411       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
412         // The constant is very likely to have the right type already.
413         if (CI->getType() == PtrTy)
414           return CI;
415         else
416           return cast<ConstantInt>
417             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
418       }
419   return 0;
420 }
421
422 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
423 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
424 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
425 /// Values vector.
426 static Value *
427 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
428                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
429   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
430   if (I == 0) return 0;
431
432   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
433   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
434     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
435       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
436         UsedICmps++;
437         Vals.push_back(C);
438         return I->getOperand(0);
439       }
440
441       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
442       // the set.
443       ConstantRange Span =
444         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
445
446       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
447       // x != 0 && x != 1.
448       if (!isEQ)
449         Span = Span.inverse();
450
451       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
452       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
453         return 0;
454
455       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
456         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
457       UsedICmps++;
458       return I->getOperand(0);
459     }
460     return 0;
461   }
462
463   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
464   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
465     return 0;
466
467   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
468   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
469   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
470                                           isEQ, UsedICmps)) {
471     unsigned NumVals = Vals.size();
472     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
473     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
474                                             isEQ, UsedICmps)) {
475       if (LHS == RHS)
476         return LHS;
477       Vals.resize(NumVals);
478       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
479     }
480
481     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
482     // set it and return success.
483     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
484       Extra = I->getOperand(1);
485       return LHS;
486     }
487
488     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
489     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
490     return 0;
491   }
492
493   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
494   // use LHS as Extra.
495   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
496     Value *OldExtra = Extra;
497     Extra = I->getOperand(0);
498     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
499                                             isEQ, UsedICmps))
500       return RHS;
501     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
502     Extra = OldExtra;
503   }
504
505   return 0;
506 }
507
508 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
509   Instruction *Cond = 0;
510   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
511     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
512   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
513     if (BI->isConditional())
514       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
515   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
516     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
517   }
518
519   TI->eraseFromParent();
520   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
521 }
522
523 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
524 /// to see if a value is equal to constant integer value.
525 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
526   Value *CV = 0;
527   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
528     // Do not permit merging of large switch instructions into their
529     // predecessors unless there is only one predecessor.
530     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
531                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
532       CV = SI->getCondition();
533   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
534     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
535       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
536         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
537           CV = ICI->getOperand(0);
538
539   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
540   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
541     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
542       CV = PTII->getOperand(0);
543   return CV;
544 }
545
546 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
547 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
548 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
549 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
550                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
551                                                                        &Cases) {
552   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
553     Cases.reserve(SI->getNumCases());
554     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
555       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
556                                                   i.getCaseSuccessor()));
557     return SI->getDefaultDest();
558   }
559
560   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
561   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
562   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
563   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
564                                                              TD),
565                                               Succ));
566   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
567 }
568
569
570 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
571 /// in the list that match the specified block.
572 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
573                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
574   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
575 }
576
577 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
578 /// well.
579 static bool
580 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
581               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
582   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
583
584   // Make V1 be smaller than V2.
585   if (V1->size() > V2->size())
586     std::swap(V1, V2);
587
588   if (V1->size() == 0) return false;
589   if (V1->size() == 1) {
590     // Just scan V2.
591     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
592     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
593       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
594         return true;
595   }
596
597   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
598   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
599   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
600   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
601   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
602     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
603       return true;
604     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
605       ++i1;
606     else
607       ++i2;
608   }
609   return false;
610 }
611
612 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
613 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
614 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
615 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
616 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
617 /// form of jump threading.
618 bool SimplifyCFGOpt::
619 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
620                                               BasicBlock *Pred,
621                                               IRBuilder<> &Builder) {
622   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
623   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
624
625   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
626   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
627   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
628
629   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
630   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
631
632   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
633   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
634   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
635                                                         PredCases);
636   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
637
638   // Find information about how control leaves this block.
639   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
640   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
641   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
642
643   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
644   // simplify TI based on this knowledge.
645   if (PredDef == TI->getParent()) {
646     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
647     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
648     // can simplify TI.
649     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
650       return false;
651
652     if (isa<BranchInst>(TI)) {
653       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
654       // uncond br.
655       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
656       // Insert the new branch.
657       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
658       (void) NI;
659
660       // Remove PHI node entries for the dead edge.
661       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
662
663       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
664            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
665
666       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
667       return true;
668     }
669
670     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
671     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
672     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
673     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
674       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
675
676     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
677                  << "Through successor TI: " << *TI);
678
679     // Collect branch weights into a vector.
680     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
681     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
682     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
683     if (HasWeight)
684       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
685            ++MD_i) {
686         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
687         assert(CI);
688         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
689       }
690     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
691       --i;
692       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
693         if (HasWeight) {
694           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
695           Weights.pop_back();
696         }
697         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
698         SI->removeCase(i);
699       }
700     }
701     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
702       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
703                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
704                       createBranchWeights(Weights));
705
706     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
707     return true;
708   }
709
710   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
711   // which value (or set of values) this is.
712   ConstantInt *TIV = 0;
713   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
714   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
715     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
716       if (TIV != 0)
717         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
718       TIV = PredCases[i].Value;
719     }
720   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
721
722   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
723   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
724   BasicBlock *TheRealDest = 0;
725   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
726     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
727       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
728       break;
729     }
730
731   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
732   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
733
734   // Remove PHI node entries for dead edges.
735   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
736   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
737     if (*SI != CheckEdge)
738       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
739     else
740       CheckEdge = 0;
741
742   // Insert the new branch.
743   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
744   (void) NI;
745
746   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
747             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
748
749   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
750   return true;
751 }
752
753 namespace {
754   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
755   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
756   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
757   struct ConstantIntOrdering {
758     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
759       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
760     }
761   };
762 }
763
764 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
765   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
766   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
767   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
768     return 1;
769   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
770     return 0;
771   return -1;
772 }
773
774 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
775   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
776   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
777     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
778       return MDS->getString().equals("branch_weights");
779
780   return false;
781 }
782
783 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
784 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
785 /// metadata.
786 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
787                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
788   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
789   assert(MD);
790   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
791     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
792     assert(CI);
793     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
794   }
795
796   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
797   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
798   // default weight to be the first entry.
799   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
800     assert(Weights.size() == 2);
801     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
802     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
803       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
804   }
805 }
806
807 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
808 /// weights if any are.
809 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
810   bool Halve = false;
811   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
812     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
813       Halve = true;
814       break;
815     }
816
817   if (! Halve)
818     return;
819
820   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
821     Weights[i] /= 2;
822 }
823
824 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
825 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
826 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
827 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
828 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
829                                                          IRBuilder<> &Builder) {
830   BasicBlock *BB = TI->getParent();
831   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
832   assert(CV && "Not a comparison?");
833   bool Changed = false;
834
835   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
836   while (!Preds.empty()) {
837     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
838
839     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
840     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
841     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
842
843     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
844       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
845       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
846       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
847
848       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
849       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
850
851       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
852       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
853       // build.
854       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
855
856       // Update the branch weight metadata along the way
857       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
858       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
859       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
860
861       if (PredHasWeights) {
862         GetBranchWeights(PTI, Weights);
863         // branch-weight metadata is inconsistent here.
864         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
865           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
866       } else if (SuccHasWeights)
867         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
868         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
869         // successor's weights
870         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
871
872       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
873       if (SuccHasWeights) {
874         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
875         // branch-weight metadata is inconsistent here.
876         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
877           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
878       } else if (PredHasWeights)
879         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
880
881       if (PredDefault == BB) {
882         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
883         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
884         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
885         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
886           if (PredCases[i].Dest != BB)
887             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
888           else {
889             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
890             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
891
892             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
893               // Increase weight for the default case.
894               Weights[0] += Weights[i+1];
895               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
896               Weights.pop_back();
897             }
898
899             PredCases.pop_back();
900             --i; --e;
901           }
902
903         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
904         if (PredDefault != BBDefault) {
905           PredDefault->removePredecessor(Pred);
906           PredDefault = BBDefault;
907           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
908         }
909
910         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
911         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
912         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
913           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
914               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
915             PredCases.push_back(BBCases[i]);
916             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
917             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
918               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
919               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
920               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
921               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
922               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
923             }
924           }
925
926         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
927           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
928           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
929           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
930             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
931           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
932           Weights[0] *= SuccWeights[0];
933         }
934       } else {
935         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
936         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
937         // activated.
938         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
939         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
940         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
941           if (PredCases[i].Dest == BB) {
942             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
943
944             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
945               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
946               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
947               Weights.pop_back();
948             }
949
950             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
951             PredCases.pop_back();
952             --i; --e;
953           }
954
955         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
956         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
957         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
958           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
959             // If this is one we are capable of getting...
960             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
961               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
962             PredCases.push_back(BBCases[i]);
963             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
964             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
965           }
966
967         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
968         // they must go to the default destination of TI.
969         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
970                                     PTIHandled.begin(),
971                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
972           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
973             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
974           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
975           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
976         }
977       }
978
979       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
980       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
981       // successors.
982       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
983         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
984
985       Builder.SetInsertPoint(PTI);
986       // Convert pointer to int before we switch.
987       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
988         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
989         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
990                                     "magicptr");
991       }
992
993       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
994       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
995                                                PredCases.size());
996       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
997       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
998         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
999
1000       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1001         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1002         FitWeights(Weights);
1003
1004         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1005
1006         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1007                            MDBuilder(BB->getContext()).
1008                            createBranchWeights(MDWeights));
1009       }
1010
1011       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1012
1013       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1014       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1015       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1016       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
1017       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1018         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1019           if (InfLoopBlock == 0) {
1020             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1021             // or it won't matter if it's hot. :)
1022             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1023                                               "infloop", BB->getParent());
1024             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1025           }
1026           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1027         }
1028
1029       Changed = true;
1030     }
1031   }
1032   return Changed;
1033 }
1034
1035 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1036 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1037 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1038 // to put the select in this case.
1039 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1040                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1041   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1042     PHINode *PN;
1043     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1044          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1045       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1046       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1047       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1048         return false;
1049       }
1050     }
1051   }
1052   return true;
1053 }
1054
1055 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1056 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1057 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1058 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1059   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1060   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1061   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1062   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1063   // identical order.
1064   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1065   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1066
1067   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1068   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1069
1070   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1071   // Skip debug info if it is not identical.
1072   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1073   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1074   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1075     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1076       I1 = BB1_Itr++;
1077     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1078       I2 = BB2_Itr++;
1079   }
1080   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1081       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1082     return false;
1083
1084   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1085
1086   bool Changed = false;
1087   do {
1088     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1089     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1090     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1091       goto HoistTerminator;
1092
1093     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1094     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1095     // the now redundant second instruction.
1096     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1097     if (!I2->use_empty())
1098       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1099     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1100     I2->eraseFromParent();
1101     Changed = true;
1102
1103     I1 = BB1_Itr++;
1104     I2 = BB2_Itr++;
1105     // Skip debug info if it is not identical.
1106     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1107     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1108     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1109       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1110         I1 = BB1_Itr++;
1111       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1112         I2 = BB2_Itr++;
1113     }
1114   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1115
1116   return true;
1117
1118 HoistTerminator:
1119   // It may not be possible to hoist an invoke.
1120   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1121     return Changed;
1122
1123   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1124     PHINode *PN;
1125     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1126          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1127       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1128       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1129       if (BB1V == BB2V)
1130         continue;
1131
1132       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V))
1133         return Changed;
1134       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V))
1135         return Changed;
1136     }
1137   }
1138
1139   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1140   Instruction *NT = I1->clone();
1141   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1142   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1143     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1144     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1145     NT->takeName(I1);
1146   }
1147
1148   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1149   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1150   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1151   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1152   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1153   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1154   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1155     PHINode *PN;
1156     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1157          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1158       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1159       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1160       if (BB1V == BB2V) continue;
1161
1162       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1163       // that determines the right value.
1164       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1165       if (SI == 0)
1166         SI = cast<SelectInst>
1167           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1168                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1169
1170       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1171       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1172         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1173           PN->setIncomingValue(i, SI);
1174     }
1175   }
1176
1177   // Update any PHI nodes in our new successors.
1178   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1179     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1180
1181   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1182   return true;
1183 }
1184
1185 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1186 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1187 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1188 /// in the two predecessors to BBEnd.
1189 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1190   assert(BI1->isUnconditional());
1191   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1192   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1193
1194   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1195   // an unconditional branch.
1196   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1197   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1198   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1199     return false;
1200   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1201   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1202     return false;
1203   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1204   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1205   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1206     return false;
1207
1208   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1209   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1210   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1211   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1212        I != E; ++I) {
1213     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1214       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1215       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1216       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1217     } else {
1218       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1219       break;
1220     }
1221   }
1222   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1223     return false;
1224
1225
1226   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1227   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1228   // instructions in an identical order.
1229   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1230       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1231       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1232   // Skip debug info.
1233   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1234   if (RI1 == RE1)
1235     return false;
1236   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1237   if (RI2 == RE2)
1238     return false;
1239   // Skip the unconditional branches.
1240   ++RI1;
1241   ++RI2;
1242
1243   bool Changed = false;
1244   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1245     // Skip debug info.
1246     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1247     if (RI1 == RE1)
1248       return Changed;
1249     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1250     if (RI2 == RE2)
1251       return Changed;
1252
1253     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1254     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1255     // perform the same operation.
1256     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1257     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1258         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1259         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1260         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1261         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1262         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1263         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1264         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1265         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1266       return Changed;
1267
1268     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1269     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1270     bool SwapOpnds = false;
1271     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1272         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1273         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1274         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1275          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1276       ICmp2->swapOperands();
1277       SwapOpnds = true;
1278     }
1279     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1280       if (SwapOpnds)
1281         ICmp2->swapOperands();
1282       return Changed;
1283     }
1284
1285     // The operands should be either the same or they need to be generated
1286     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1287     // a single pair of different operands.
1288     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1289     unsigned Op1Idx = 0;
1290     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1291       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1292         continue;
1293       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1294       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1295       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1296       if (DifferentOp1 ||
1297           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1298           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1299           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1300           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1301         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1302         if (SwapOpnds)
1303           ICmp2->swapOperands();
1304         return Changed;
1305       }
1306       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1307       Op1Idx = I;
1308       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1309     }
1310
1311     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1312     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1313     if (DifferentOp1) {
1314       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1315                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1316                                        BBEnd->begin());
1317       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1318       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1319       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1320       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1321       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1322       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1323     }
1324     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1325     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1326
1327     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1328     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1329     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1330     // instruction in the basic block down.
1331     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1332     // Sink the instruction.
1333     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1334     if (!OldPN->use_empty())
1335       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1336     OldPN->eraseFromParent();
1337
1338     if (!I2->use_empty())
1339       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1340     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1341     I2->eraseFromParent();
1342
1343     if (UpdateRE1)
1344       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1345     if (UpdateRE2)
1346       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1347     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1348     NumSinkCommons++;
1349     Changed = true;
1350   }
1351   return Changed;
1352 }
1353
1354 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1355 /// conditional block.
1356 ///
1357 /// We are looking for code like the following:
1358 ///   BrBB:
1359 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1360 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1361 ///     ... // function).
1362 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1363 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1364 ///   ThenBB:
1365 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1366 ///     br label EndBB
1367 ///   EndBB:
1368 ///     ...
1369 ///   We are going to transform this into:
1370 ///   BrBB:
1371 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1372 ///     ... //
1373 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1374 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1375 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1376 ///     ...
1377 ///
1378 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1379 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1380 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1381                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1382   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1383   if (!StoreToHoist)
1384     return 0;
1385
1386   // Volatile or atomic.
1387   if (!StoreToHoist->isSimple())
1388     return 0;
1389
1390   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1391
1392   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1393   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1394   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1395        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1396     Instruction *CurI = &*RI;
1397
1398     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1399     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1400       return 0;
1401
1402     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1403     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1404     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1405       // Found the previous store, return its value operand.
1406       return SI->getValueOperand();
1407     else if (SI)
1408       return 0; // Unknown store.
1409   }
1410
1411   return 0;
1412 }
1413
1414 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1415 ///
1416 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1417 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1418 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1419 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1420 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1421 ///
1422 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1423 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1424 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1425 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1426 ///
1427 ///
1428 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1429 /// \code
1430 ///   BB:
1431 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1432 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1433 ///   ThenBB:
1434 ///     %sub = sub %x, %y
1435 ///     br label BB2
1436 ///   EndBB:
1437 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1438 ///     ...
1439 /// \endcode
1440 ///
1441 /// Into this IR:
1442 /// \code
1443 ///   BB:
1444 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1445 ///     %sub = sub %x, %y
1446 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1447 ///     ...
1448 /// \endcode
1449 ///
1450 /// \returns true if the conditional block is removed.
1451 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB) {
1452   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1453   Value *BrCond = BI->getCondition();
1454   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1455     return false;
1456
1457   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1458   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1459
1460   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1461   // to swap the select operands later.
1462   bool Invert = false;
1463   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1464     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1465     Invert = true;
1466   }
1467   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1468
1469   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1470   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1471   // - They are defined in BB, and
1472   // - They have no side effects, and
1473   // - All of their uses are in CondBB.
1474   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1475
1476   unsigned SpeculationCost = 0;
1477   Value *SpeculatedStoreValue = 0;
1478   StoreInst *SpeculatedStore = 0;
1479   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1480                             BBE = llvm::prior(ThenBB->end());
1481        BBI != BBE; ++BBI) {
1482     Instruction *I = BBI;
1483     // Skip debug info.
1484     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1485       continue;
1486
1487     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1488     // terminator) for now.
1489     ++SpeculationCost;
1490     if (SpeculationCost > 1)
1491       return false;
1492
1493     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1494     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1495         !(HoistCondStores &&
1496           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1497                                                          EndBB))))
1498       return false;
1499     if (!SpeculatedStoreValue &&
1500         ComputeSpeculationCost(I) > PHINodeFoldingThreshold)
1501       return false;
1502
1503     // Store the store speculation candidate.
1504     if (SpeculatedStoreValue)
1505       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1506
1507     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1508     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1509     // being sunk into the use block.
1510     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1511          i != e; ++i) {
1512       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1513       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1514           OpI->mayHaveSideEffects())
1515         continue; // Not a candidate for sinking.
1516
1517       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1518     }
1519   }
1520
1521   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1522   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1523   // and so iteration order isn't significant.
1524   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1525            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1526        I != E; ++I)
1527     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1528       ++SpeculationCost;
1529       if (SpeculationCost > 1)
1530         return false;
1531     }
1532
1533   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1534   bool HaveRewritablePHIs = false;
1535   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1536        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1537     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1538     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1539
1540     // Skip PHIs which are trivial.
1541     if (ThenV == OrigV)
1542       continue;
1543
1544     HaveRewritablePHIs = true;
1545     ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1546     if (!CE)
1547       continue; // Known safe and cheap.
1548
1549     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1550       return false;
1551     if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1552       return false;
1553
1554     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1555     // getting expanded into Instructions.
1556     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1557     // constant expression.
1558     ++SpeculationCost;
1559     if (SpeculationCost > 1)
1560       return false;
1561   }
1562
1563   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1564   // as well.
1565   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1566     return false;
1567
1568   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1569   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1570
1571   // Insert a select of the value of the speculated store.
1572   if (SpeculatedStoreValue) {
1573     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1574     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1575     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1576     if (Invert)
1577       std::swap(TrueV, FalseV);
1578     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1579                                     "." + FalseV->getName());
1580     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1581   }
1582
1583   // Hoist the instructions.
1584   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1585                            llvm::prior(ThenBB->end()));
1586
1587   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1588   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1589   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1590        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1591     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1592     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1593     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1594     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1595
1596     // Skip PHIs which are trivial.
1597     if (OrigV == ThenV)
1598       continue;
1599
1600     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1601     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1602     // destinations were inverted.
1603     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1604     if (Invert)
1605       std::swap(TrueV, FalseV);
1606     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1607                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1608     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1609     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1610   }
1611
1612   ++NumSpeculations;
1613   return true;
1614 }
1615
1616 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1617 /// across this block.
1618 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1619   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1620   unsigned Size = 0;
1621
1622   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1623     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1624       continue;
1625     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1626     ++Size;
1627
1628     // We can only support instructions that do not define values that are
1629     // live outside of the current basic block.
1630     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1631          UI != E; ++UI) {
1632       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1633       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1634     }
1635
1636     // Looks ok, continue checking.
1637   }
1638
1639   return true;
1640 }
1641
1642 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1643 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1644 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1645 /// ultimate destination.
1646 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1647   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1648   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1649   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1650   // outside of the block.
1651   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1652     return false;
1653
1654   // Degenerate case of a single entry PHI.
1655   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1656     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1657     return true;
1658   }
1659
1660   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1661   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1662
1663   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1664   // constants.
1665   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1666     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1667     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1668
1669     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1670     // branch to RealDest.
1671     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1672     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1673
1674     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1675     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1676     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1677
1678     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1679     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1680     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1681     // the edge we are about to create.
1682     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1683                                             RealDest->getName()+".critedge",
1684                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1685     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1686
1687     // Update PHI nodes.
1688     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1689
1690     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1691     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1692     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1693     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1694     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1695     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1696       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1697         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1698         continue;
1699       }
1700       // Clone the instruction.
1701       Instruction *N = BBI->clone();
1702       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1703
1704       // Update operands due to translation.
1705       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1706            i != e; ++i) {
1707         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1708         if (PI != TranslateMap.end())
1709           *i = PI->second;
1710       }
1711
1712       // Check for trivial simplification.
1713       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1714         TranslateMap[BBI] = V;
1715         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1716       } else {
1717         // Insert the new instruction into its new home.
1718         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1719         if (!BBI->use_empty())
1720           TranslateMap[BBI] = N;
1721       }
1722     }
1723
1724     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1725     // to EdgeBB instead.
1726     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1727     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1728       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1729         BB->removePredecessor(PredBB);
1730         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1731       }
1732
1733     // Recurse, simplifying any other constants.
1734     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1735   }
1736
1737   return false;
1738 }
1739
1740 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1741 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1742 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1743   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1744   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1745   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1746   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1747   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1748   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1749   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1750   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1751   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1752   if (!IfCond ||
1753       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1754       isa<ConstantInt>(IfCond))
1755     return false;
1756
1757   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1758   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1759   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1760   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1761   // fewer PHI nodes in this block.
1762   unsigned NumPhis = 0;
1763   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1764     if (NumPhis > 2)
1765       return false;
1766
1767   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1768   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1769   // that need to be moved to the dominating block.
1770   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1771   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1772            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1773
1774   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1775     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1776     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1777       PN->replaceAllUsesWith(V);
1778       PN->eraseFromParent();
1779       continue;
1780     }
1781
1782     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1783                              MaxCostVal0) ||
1784         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1785                              MaxCostVal1))
1786       return false;
1787   }
1788
1789   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1790   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1791   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1792   if (PN == 0) return true;
1793
1794   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1795   // often be turned into switches and other things.
1796   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1797       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1798        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1799        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1800     return false;
1801
1802   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1803   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1804   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1805   // worth promoting to select instructions.
1806   BasicBlock *DomBlock = 0;
1807   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1808   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1809   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1810     IfBlock1 = 0;
1811   } else {
1812     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1813     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1814       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1815         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1816         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1817         // flow, so the xform is not worth it.
1818         return false;
1819       }
1820   }
1821
1822   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1823     IfBlock2 = 0;
1824   } else {
1825     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1826     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1827       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1828         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1829         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1830         // flow, so the xform is not worth it.
1831         return false;
1832       }
1833   }
1834
1835   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1836                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1837
1838   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1839   // do all of the PHI's now.
1840   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1841   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1842
1843   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1844   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1845   if (IfBlock1)
1846     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1847                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1848                                    IfBlock1->getTerminator());
1849   if (IfBlock2)
1850     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1851                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1852                                    IfBlock2->getTerminator());
1853
1854   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1855     // Change the PHI node into a select instruction.
1856     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1857     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1858
1859     SelectInst *NV =
1860       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1861     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1862     NV->takeName(PN);
1863     PN->eraseFromParent();
1864   }
1865
1866   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1867   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1868   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1869   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1870   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1871   Builder.CreateBr(BB);
1872   OldTI->eraseFromParent();
1873   return true;
1874 }
1875
1876 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1877 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1878 /// introducing a select if the return values disagree.
1879 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1880                                            IRBuilder<> &Builder) {
1881   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1882   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1883   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1884   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1885   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1886
1887   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1888   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1889   // computation on one path or the other.
1890   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1891     return false;
1892   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1893     return false;
1894
1895   Builder.SetInsertPoint(BI);
1896   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1897   // there is no return value for this function, just change the
1898   // branch into a return.
1899   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1900     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1901     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1902     Builder.CreateRetVoid();
1903     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1904     return true;
1905   }
1906
1907   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1908   // so we can insert a new select instruction.
1909   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1910   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1911
1912   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1913   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1914     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1915       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1916   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1917     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1918       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1919
1920   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1921   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1922   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1923   // constant expression that prevents this transformation from being
1924   // safe.
1925   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1926     if (TCV->canTrap())
1927       return false;
1928   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1929     if (FCV->canTrap())
1930       return false;
1931
1932   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1933   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1934   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1935   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1936
1937   // Insert select instructions where needed.
1938   Value *BrCond = BI->getCondition();
1939   if (TrueValue) {
1940     // Insert a select if the results differ.
1941     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1942     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1943       TrueValue = FalseValue;
1944     } else {
1945       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1946                                        FalseValue, "retval");
1947     }
1948   }
1949
1950   Value *RI = !TrueValue ?
1951     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1952
1953   (void) RI;
1954
1955   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1956                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1957                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1958
1959   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1960
1961   return true;
1962 }
1963
1964 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1965 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1966 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1967 /// found.
1968 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1969                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1970   assert(BI->isConditional() &&
1971          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1972   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1973   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1974   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1975   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1976   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1977   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1978   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1979   return true;
1980 }
1981
1982 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1983 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1984 ///
1985 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1986   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1987     return false;
1988   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1989     Instruction *PBI = &*I;
1990     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1991     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1992       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1993       Inst->eraseFromParent();
1994       return true;
1995     }
1996   }
1997   return false;
1998 }
1999
2000 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
2001 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
2002 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
2003 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
2004   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2005
2006   Instruction *Cond = 0;
2007   if (BI->isConditional())
2008     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2009   else {
2010     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
2011     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
2012     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
2013     // predecessor.
2014     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2015       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2016         if (PBI->isConditional() &&
2017             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2018              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2019           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2020                I != E; ) {
2021             Instruction *Curr = I++;
2022             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2023               Cond = Curr;
2024               break;
2025             }
2026             // Quit if we can't remove this instruction.
2027             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2028               return false;
2029           }
2030         }
2031
2032     if (Cond == 0)
2033       return false;
2034   }
2035
2036   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2037     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2038   return false;
2039
2040   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
2041   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
2042   // must be at the front of the block.
2043   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
2044
2045   // Ignore dbg intrinsics.
2046   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2047
2048   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
2049   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
2050   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
2051   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
2052   Instruction *BonusInst = 0;
2053   if (&*FrontIt != Cond &&
2054       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
2055       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
2056     BonusInst = &*FrontIt;
2057     ++FrontIt;
2058
2059     // Ignore dbg intrinsics.
2060     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2061   }
2062
2063   // Only a single bonus inst is allowed.
2064   if (&*FrontIt != Cond)
2065     return false;
2066
2067   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2068   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2069
2070   // Ingore dbg intrinsics.
2071   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2072
2073   if (&*CondIt != BI)
2074     return false;
2075
2076   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2077   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2078   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2079     if (CE->canTrap())
2080       return false;
2081   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2082     if (CE->canTrap())
2083       return false;
2084
2085   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2086   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2087   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
2088   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2089     return false;
2090
2091   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2092     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2093     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2094
2095     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2096     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2097     // blocks.
2098     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2099     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
2100         (BI->isConditional() &&
2101          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2102         (!BI->isConditional() &&
2103          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2104       continue;
2105
2106     // Determine if the two branches share a common destination.
2107     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2108     bool InvertPredCond = false;
2109
2110     if (BI->isConditional()) {
2111       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2112         Opc = Instruction::Or;
2113       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2114         Opc = Instruction::And;
2115       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2116         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2117       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2118         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2119       else
2120         continue;
2121     } else {
2122       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2123         continue;
2124     }
2125
2126     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2127     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2128     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2129     // out-of-order core by speculating them earlier.
2130     if (BonusInst) {
2131       // Collect the values used by the bonus inst
2132       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2133       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2134            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2135         Value *V = *OI;
2136         if (!isa<Constant>(V))
2137           UsedValues.insert(V);
2138       }
2139
2140       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2141       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2142
2143       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2144       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2145       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2146       while (!Worklist.empty()) {
2147         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2148         Worklist.pop_back();
2149
2150         if (Pair.second >= 4) continue;
2151         UsedValues.erase(Pair.first);
2152         if (UsedValues.empty()) break;
2153
2154         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2155           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2156                OI != OE; ++OI)
2157             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2158         }
2159       }
2160
2161       if (!UsedValues.empty()) return false;
2162     }
2163
2164     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2165     IRBuilder<> Builder(PBI);
2166
2167     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2168     if (InvertPredCond) {
2169       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2170
2171       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2172         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2173         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2174       } else {
2175         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2176                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2177       }
2178
2179       PBI->setCondition(NewCond);
2180       PBI->swapSuccessors();
2181     }
2182
2183     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2184     Instruction *NewBonus = 0;
2185     if (BonusInst) {
2186       NewBonus = BonusInst->clone();
2187       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2188       NewBonus->takeName(BonusInst);
2189       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2190     }
2191
2192     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2193     // two conditions together.
2194     Instruction *New = Cond->clone();
2195     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2196     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2197     New->takeName(Cond);
2198     Cond->setName(New->getName()+".old");
2199
2200     if (BI->isConditional()) {
2201       Instruction *NewCond =
2202         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2203                                             New, "or.cond"));
2204       PBI->setCondition(NewCond);
2205
2206       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2207       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2208                                                   PredFalseWeight);
2209       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2210                                                   SuccFalseWeight);
2211       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2212
2213       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2214         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2215           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2216           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2217           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2218           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2219           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2220           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2221           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2222           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2223           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2224                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2225         }
2226         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2227         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2228       }
2229       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2230         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2231           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2232           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2233           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2234           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2235           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2236               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2237           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2238           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2239         }
2240         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2241         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2242       }
2243       if (NewWeights.size() == 2) {
2244         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2245         FitWeights(NewWeights);
2246
2247         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2248         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2249                          MDBuilder(BI->getContext()).
2250                          createBranchWeights(MDWeights));
2251       } else
2252         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2253     } else {
2254       // Update PHI nodes in the common successors.
2255       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2256         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2257           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2258         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2259         Instruction *MergedCond = 0;
2260         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2261           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2262           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2263           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2264           Instruction *NotCond =
2265             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2266                                 "not.cond"));
2267           MergedCond =
2268             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2269                                 NotCond, New,
2270                                 "and.cond"));
2271           if (PBI_C->isOne())
2272             MergedCond =
2273               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2274                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2275                                   "or.cond"));
2276         } else {
2277           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2278           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2279           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2280           MergedCond =
2281             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2282                                 PBI->getCondition(), New,
2283                                 "and.cond"));
2284           if (PBI_C->isOne()) {
2285             Instruction *NotCond =
2286               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2287                                   "not.cond"));
2288             MergedCond =
2289               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2290                                   NotCond, MergedCond,
2291                                   "or.cond"));
2292           }
2293         }
2294         // Update PHI Node.
2295         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2296                                   MergedCond);
2297       }
2298       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2299       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2300       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2301       PBI = New_PBI;
2302     }
2303
2304     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2305     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2306
2307     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2308     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2309       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2310         I->clone()->insertBefore(PBI);
2311
2312     return true;
2313   }
2314   return false;
2315 }
2316
2317 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2318 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2319 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2320 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2321 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2322   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2323   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2324
2325   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2326   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2327   // this conditional branch redundant.
2328   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2329       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2330     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2331     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2332     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2333       // Turn this into a branch on constant.
2334       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2335       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2336                                         CondIsTrue));
2337       return true;  // Nuke the branch on constant.
2338     }
2339
2340     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2341     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2342     // simplifycfg will thread the block.
2343     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2344       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2345       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2346                                        std::distance(PB, PE),
2347                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2348                                        BB->begin());
2349       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2350       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2351       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2352       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2353         BasicBlock *P = *PI;
2354         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2355             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2356             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2357             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2358           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2359           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2360                                               CondIsTrue), P);
2361         } else {
2362           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2363         }
2364       }
2365
2366       BI->setCondition(NewPN);
2367       return true;
2368     }
2369   }
2370
2371   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2372   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2373   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2374   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2375   // Ignore dbg intrinsics.
2376   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2377     ++BBI;
2378   if (&*BBI != BI)
2379     return false;
2380
2381
2382   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2383     if (CE->canTrap())
2384       return false;
2385
2386   int PBIOp, BIOp;
2387   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2388     PBIOp = BIOp = 0;
2389   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2390     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2391   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2392     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2393   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2394     PBIOp = BIOp = 1;
2395   else
2396     return false;
2397
2398   // Check to make sure that the other destination of this branch
2399   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2400   // keep getting unwound.
2401   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2402     return false;
2403
2404   // Do not perform this transformation if it would require
2405   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2406   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2407   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2408
2409   unsigned NumPhis = 0;
2410   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2411        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2412     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2413       return false;
2414
2415   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2416   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2417
2418   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2419                << "AND: " << *BI->getParent());
2420
2421
2422   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2423   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2424   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2425   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2426   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2427   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2428   // infinite loop with no cond branch.
2429   if (OtherDest == BB) {
2430     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2431     // or it won't matter if it's hot. :)
2432     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2433                                                   "infloop", BB->getParent());
2434     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2435     OtherDest = InfLoopBlock;
2436   }
2437
2438   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2439
2440   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2441   // it alone, but modify PBI.
2442
2443   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2444   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2445   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2446   if (PBIOp)
2447     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2448
2449   Value *BICond = BI->getCondition();
2450   if (BIOp)
2451     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2452
2453   // Merge the conditions.
2454   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2455
2456   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2457   PBI->setCondition(Cond);
2458   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2459   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2460
2461   // Update branch weight for PBI.
2462   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2463   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2464                                               PredFalseWeight);
2465   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2466                                               SuccFalseWeight);
2467   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2468     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2469     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2470     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2471     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2472     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2473     //                                    PredOther * SuccCommon.
2474     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2475     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2476     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2477                          PredOther * SuccCommon);
2478     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2479     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2480     FitWeights(NewWeights);
2481
2482     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2483     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2484                      MDBuilder(BI->getContext()).
2485                      createBranchWeights(MDWeights));
2486   }
2487
2488   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2489   // block that are identical to the entries for BI's block.
2490   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2491
2492   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2493   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2494   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2495   // them agree.
2496   PHINode *PN;
2497   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2498        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2499     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2500     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2501     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2502     if (BIV != PBIV) {
2503       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2504       Value *NV = cast<SelectInst>
2505         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2506       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2507     }
2508   }
2509
2510   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2511   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2512
2513   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2514   // one fewer predecessor.
2515   return true;
2516 }
2517
2518 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2519 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2520 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2521 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2522 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2523 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2524                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2525                                        uint32_t TrueWeight,
2526                                        uint32_t FalseWeight){
2527   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2528   // First, figure out which successors to preserve.
2529   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2530   // successor.
2531   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2532   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2533
2534   // Then remove the rest.
2535   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2536     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2537     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2538     if (Succ == KeepEdge1)
2539       KeepEdge1 = 0;
2540     else if (Succ == KeepEdge2)
2541       KeepEdge2 = 0;
2542     else
2543       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2544   }
2545
2546   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2547   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2548
2549   // Insert an appropriate new terminator.
2550   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2551     if (TrueBB == FalseBB)
2552       // We were only looking for one successor, and it was present.
2553       // Create an unconditional branch to it.
2554       Builder.CreateBr(TrueBB);
2555     else {
2556       // We found both of the successors we were looking for.
2557       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2558       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2559       if (TrueWeight != FalseWeight)
2560         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2561                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2562                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2563     }
2564   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2565     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2566     // terminator must be unreachable.
2567     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2568   } else {
2569     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2570     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2571     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2572     if (KeepEdge1 == 0)
2573       // Only TrueBB was found.
2574       Builder.CreateBr(TrueBB);
2575     else
2576       // Only FalseBB was found.
2577       Builder.CreateBr(FalseBB);
2578   }
2579
2580   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2581   return true;
2582 }
2583
2584 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2585 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2586 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2587 // unconditional otherwise.
2588 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2589   // Check for constant integer values in the select.
2590   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2591   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2592   if (!TrueVal || !FalseVal)
2593     return false;
2594
2595   // Find the relevant condition and destinations.
2596   Value *Condition = Select->getCondition();
2597   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2598   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2599
2600   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2601   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2602   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2603   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2604   if (HasWeights) {
2605     GetBranchWeights(SI, Weights);
2606     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2607       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2608                                      getSuccessorIndex()];
2609       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2610                                       getSuccessorIndex()];
2611     }
2612   }
2613
2614   // Perform the actual simplification.
2615   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2616                                     TrueWeight, FalseWeight);
2617 }
2618
2619 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2620 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2621 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2622 // with
2623 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2624 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2625   // Check that both operands of the select are block addresses.
2626   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2627   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2628   if (!TBA || !FBA)
2629     return false;
2630
2631   // Extract the actual blocks.
2632   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2633   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2634
2635   // Perform the actual simplification.
2636   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2637                                     0, 0);
2638 }
2639
2640 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2641 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2642 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2643 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2644 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2645 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2646 /// like:
2647 ///
2648 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2649 /// DEFAULT:
2650 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2651 ///   br label %end
2652 /// end:
2653 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2654 ///
2655 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2656 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2657 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2658     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2659     const DataLayout *TD) {
2660   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2661
2662   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2663   // complex.
2664   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2665
2666   Value *V = ICI->getOperand(0);
2667   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2668
2669   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2670   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2671   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2672   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2673   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2674
2675   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2676   if (SI->getCondition() != V)
2677     return false;
2678
2679   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2680   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2681   // away.
2682   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2683     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2684     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2685     ICI->setOperand(0, VVal);
2686
2687     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2688       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2689       ICI->eraseFromParent();
2690     }
2691     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2692     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2693   }
2694
2695   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2696   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2697   // and zap it.
2698   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2699     Value *V;
2700     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2701       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2702     else
2703       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2704
2705     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2706     ICI->eraseFromParent();
2707     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2708     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2709   }
2710
2711   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2712   // the block.
2713   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2714   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2715   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2716       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2717     return false;
2718
2719   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2720   // true in the PHI.
2721   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2722   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2723
2724   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2725     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2726
2727   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2728   // false depending on if it is EQ or NE.
2729   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2730   ICI->eraseFromParent();
2731
2732   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2733   // the switch to the merge point on the compared value.
2734   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2735                                          BB->getParent(), BB);
2736   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2737   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2738   if (HasWeights) {
2739     GetBranchWeights(SI, Weights);
2740     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2741       // Split weight for default case to case for "Cst".
2742       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2743       Weights.push_back(Weights[0]);
2744
2745       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2746       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2747                       MDBuilder(SI->getContext()).
2748                       createBranchWeights(MDWeights));
2749     }
2750   }
2751   SI->addCase(Cst, NewBB);
2752
2753   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2754   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2755   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2756   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2757   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2758   return true;
2759 }
2760
2761 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2762 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2763 /// fold it into a switch instruction if so.
2764 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2765                                       IRBuilder<> &Builder) {
2766   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2767   if (Cond == 0) return false;
2768
2769
2770   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2771   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2772   // 'setne's and'ed together, collect them.
2773   Value *CompVal = 0;
2774   std::vector<ConstantInt*> Values;
2775   bool TrueWhenEqual = true;
2776   Value *ExtraCase = 0;
2777   unsigned UsedICmps = 0;
2778
2779   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2780     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2781                                      UsedICmps);
2782   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2783     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2784                                      UsedICmps);
2785     TrueWhenEqual = false;
2786   }
2787
2788   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2789   if (CompVal == 0) return false;
2790
2791   // Avoid turning single icmps into a switch.
2792   if (UsedICmps <= 1)
2793     return false;
2794
2795   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2796   // instruction can't handle, remove them now.
2797   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2798   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2799
2800   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2801   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2802   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2803
2804   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2805   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2806
2807   // Figure out which block is which destination.
2808   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2809   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2810   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2811
2812   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2813
2814   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2815                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2816
2817   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2818   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2819   // right before the condbr to handle it.
2820   if (ExtraCase) {
2821     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2822     // Remove the uncond branch added to the old block.
2823     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2824     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2825
2826     if (TrueWhenEqual)
2827       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2828     else
2829       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2830
2831     OldTI->eraseFromParent();
2832
2833     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2834     // for the edge we just added.
2835     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2836
2837     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2838           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2839     BB = NewBB;
2840   }
2841
2842   Builder.SetInsertPoint(BI);
2843   // Convert pointer to int before we switch.
2844   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2845     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2846     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2847                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2848                                      "magicptr");
2849   }
2850
2851   // Create the new switch instruction now.
2852   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2853
2854   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2855   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2856     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2857
2858   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2859   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2860   // the number of edges added.
2861   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2862        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2863     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2864     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2865     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2866       PN->addIncoming(InVal, BB);
2867   }
2868
2869   // Erase the old branch instruction.
2870   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2871
2872   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2873   return true;
2874 }
2875
2876 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2877   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2878   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2879   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2880   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2881   if (RI->getValue() != LPInst)
2882     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2883     // caused control to branch here.
2884     return false;
2885
2886   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2887   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2888   while (++I != E)
2889     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2890       return false;
2891
2892   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2893   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2894   bool Changed = false;
2895   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2896     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2897
2898     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2899       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2900       // the table.
2901       InvokeRequiresTableEntry = true;
2902       continue;
2903     }
2904
2905     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2906
2907     // Insert a call instruction before the invoke.
2908     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2909     Call->takeName(II);
2910     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2911     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2912     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2913
2914     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2915     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2916     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2917     // updated.
2918     II->replaceAllUsesWith(Call);
2919     BB->removePredecessor(II->getParent());
2920
2921     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2922     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2923
2924     // Finally, delete the invoke instruction!
2925     II->eraseFromParent();
2926     Changed = true;
2927   }
2928
2929   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2930     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2931     BB->eraseFromParent();
2932
2933   return Changed;
2934 }
2935
2936 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2937   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2938   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2939
2940   // Find predecessors that end with branches.
2941   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2942   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2943   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2944     BasicBlock *P = *PI;
2945     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2946     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2947       if (BI->isUnconditional())
2948         UncondBranchPreds.push_back(P);
2949       else
2950         CondBranchPreds.push_back(BI);
2951     }
2952   }
2953
2954   // If we found some, do the transformation!
2955   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2956     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2957       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2958       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2959             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2960       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2961     }
2962
2963     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2964     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2965       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2966       BB->eraseFromParent();
2967
2968     return true;
2969   }
2970
2971   // Check out all of the conditional branches going to this return
2972   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2973   // branch itself into a select/return pair.
2974   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2975     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2976
2977     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2978     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2979         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2980         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2981       return true;
2982   }
2983   return false;
2984 }
2985
2986 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2987   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2988
2989   bool Changed = false;
2990
2991   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2992   // be removed, do so.
2993   while (UI != BB->begin()) {
2994     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2995     --BBI;
2996     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2997     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2998     // operations may have this effect.
2999     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
3000
3001     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
3002       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
3003         if (SI->isVolatile())
3004           break;
3005       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
3006         if (LI->isVolatile())
3007           break;
3008       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3009         if (RMWI->isVolatile())
3010           break;
3011       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3012         if (CXI->isVolatile())
3013           break;
3014       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3015                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3016         break;
3017       }
3018       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3019       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3020       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3021       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3022     }
3023
3024     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3025     if (!BBI->use_empty())
3026       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3027     BBI->eraseFromParent();
3028     Changed = true;
3029   }
3030
3031   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3032   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3033   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3034
3035   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3036   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3037     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3038     IRBuilder<> Builder(TI);
3039     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3040       if (BI->isUnconditional()) {
3041         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3042           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3043           TI->eraseFromParent();
3044           Changed = true;
3045         }
3046       } else {
3047         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3048           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3049           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3050         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3051           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3052           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3053           Changed = true;
3054         }
3055       }
3056     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3057       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3058            i != e; ++i)
3059         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3060           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3061           SI->removeCase(i);
3062           --i; --e;
3063           Changed = true;
3064         }
3065       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3066       // destination and make it the default.
3067       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3068         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3069         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3070              i != e; ++i) {
3071           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3072               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3073           if (entry.first == 0) {
3074             entry.first = 1;
3075             entry.second = i.getCaseIndex();
3076           } else {
3077             entry.first++;
3078           }
3079         }
3080
3081         // Find the most popular block.
3082         unsigned MaxPop = 0;
3083         unsigned MaxIndex = 0;
3084         BasicBlock *MaxBlock = 0;
3085         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3086              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3087           if (I->second.first > MaxPop ||
3088               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3089             MaxPop = I->second.first;
3090             MaxIndex = I->second.second;
3091             MaxBlock = I->first;
3092           }
3093         }
3094         if (MaxBlock) {
3095           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3096           // edges to it.
3097           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3098           Changed = true;
3099
3100           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3101           // it.
3102           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3103             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3104               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3105
3106           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3107                i != e; ++i)
3108             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3109               SI->removeCase(i);
3110               --i; --e;
3111             }
3112         }
3113       }
3114     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3115       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3116         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3117         // place to note that the call does not throw though.
3118         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3119         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3120
3121         // Insert the call now...
3122         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3123         Builder.SetInsertPoint(BI);
3124         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3125                                           Args, II->getName());
3126         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3127         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3128         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3129         II->replaceAllUsesWith(CI);
3130         delete II;
3131         Changed = true;
3132       }
3133     }
3134   }
3135
3136   // If this block is now dead, remove it.
3137   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3138       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3139     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3140     BB->eraseFromParent();
3141     return true;
3142   }
3143
3144   return Changed;
3145 }
3146
3147 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3148 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3149 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3150   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3151
3152   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3153   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3154   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3155   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3156   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3157   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3158     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3159       return false;
3160     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3161   }
3162   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3163
3164   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3165   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3166   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3167     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3168       return false;
3169   }
3170
3171   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3172   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3173
3174   Value *Sub = SI->getCondition();
3175   if (!Offset->isNullValue())
3176     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3177   Value *Cmp;
3178   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3179   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3180     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3181   else
3182     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3183   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3184       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3185
3186   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3187   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3188   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3189   if (HasWeights) {
3190     GetBranchWeights(SI, Weights);
3191     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3192       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3193       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3194       // bits.
3195       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3196       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3197         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3198       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3199                          MDBuilder(SI->getContext()).
3200                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3201                                              (uint32_t)Weights[0]));
3202     }
3203   }
3204
3205   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3206   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3207        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3208     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3209       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3210   }
3211   SI->eraseFromParent();
3212
3213   return true;
3214 }
3215
3216 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3217 /// and use it to remove dead cases.
3218 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3219   Value *Cond = SI->getCondition();
3220   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
3221   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3222   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3223
3224   // Gather dead cases.
3225   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3226   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3227     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3228         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3229       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3230       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3231                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3232     }
3233   }
3234
3235   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3236   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3237   if (HasWeight) {
3238     GetBranchWeights(SI, Weights);
3239     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3240   }
3241
3242   // Remove dead cases from the switch.
3243   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3244     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3245     assert(Case != SI->case_default() &&
3246            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3247     if (HasWeight) {
3248       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3249       Weights.pop_back();
3250     }
3251
3252     // Prune unused values from PHI nodes.
3253     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3254     SI->removeCase(Case);
3255   }
3256   if (HasWeight) {
3257     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3258     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3259                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3260                     createBranchWeights(MDWeights));
3261   }
3262
3263   return !DeadCases.empty();
3264 }
3265
3266 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3267 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3268 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3269 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3270 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3271 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3272                                               BasicBlock *BB,
3273                                               int *PhiIndex) {
3274   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3275     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3276   if (!BB->getSinglePredecessor())
3277     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3278
3279   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3280   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3281     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3282
3283   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3284
3285   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3286   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3287     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3288     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3289
3290     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3291     if (InValue != CaseValue) continue;
3292
3293     *PhiIndex = Idx;
3294     return PHI;
3295   }
3296
3297   return NULL;
3298 }
3299
3300 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3301 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3302 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3303 /// Returns true if a change is made.
3304 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3305   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3306   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3307
3308   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3309     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3310     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3311
3312     int PhiIndex;
3313     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3314                                                  &PhiIndex);
3315     if (!PHI) continue;
3316
3317     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3318   }
3319
3320   bool Changed = false;
3321
3322   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3323        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3324     PHINode *Phi = I->first;
3325     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
3326
3327     if (Indexes.size() < 2) continue;
3328
3329     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3330       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3331     Changed = true;
3332   }
3333
3334   return Changed;
3335 }
3336
3337 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3338 /// initializing an array of constants like C.
3339 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3340   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3341     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3342
3343   return isa<ConstantFP>(C) ||
3344       isa<ConstantInt>(C) ||
3345       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3346       isa<GlobalValue>(C) ||
3347       isa<UndefValue>(C);
3348 }
3349
3350 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3351 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3352 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3353                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3354   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3355     return C;
3356   return ConstantPool.lookup(V);
3357 }
3358
3359 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3360 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3361 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3362 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3363 static Constant *ConstantFold(Instruction *I,
3364                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3365   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3366     Constant *A = LookupConstant(BO->getOperand(0), ConstantPool);
3367     if (!A)
3368       return 0;
3369     Constant *B = LookupConstant(BO->getOperand(1), ConstantPool);
3370     if (!B)
3371       return 0;
3372     return ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), A, B);
3373   }
3374
3375   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3376     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3377     if (!A)
3378       return 0;
3379     Constant *B = LookupConstant(I->getOperand(1), ConstantPool);
3380     if (!B)
3381       return 0;
3382     return ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(), A, B);
3383   }
3384
3385   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3386     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3387     if (!A)
3388       return 0;
3389     if (A->isAllOnesValue())
3390       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3391     if (A->isNullValue())
3392       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3393     return 0;
3394   }
3395
3396   if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3397     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3398     if (!A)
3399       return 0;
3400     return ConstantExpr::getCast(Cast->getOpcode(), A, Cast->getDestTy());
3401   }
3402
3403   return 0;
3404 }
3405
3406 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3407 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3408 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3409 /// case), of a switch instruction SI.
3410 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3411                            ConstantInt *CaseVal,
3412                            BasicBlock *CaseDest,
3413                            BasicBlock **CommonDest,
3414                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
3415   // The block from which we enter the common destination.
3416   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3417
3418   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3419   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3420   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3421   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3422   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3423        ++I) {
3424     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3425       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3426       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3427         return false;
3428       Pred = CaseDest;
3429       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3430     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3431       // Skip debug intrinsic.
3432       continue;
3433     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool)) {
3434       // Instruction is side-effect free and constant.
3435       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3436     } else {
3437       break;
3438     }
3439   }
3440
3441   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3442   if (!*CommonDest)
3443     *CommonDest = CaseDest;
3444   // If the destination isn't the common one, abort.
3445   if (CaseDest != *CommonDest)
3446     return false;
3447
3448   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3449   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3450   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3451     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3452     if (Idx == -1)
3453       continue;
3454
3455     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3456                                         ConstantPool);
3457     if (!ConstVal)
3458       return false;
3459
3460     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3461     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3462     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3463     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3464     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3465
3466     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3467     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3468       return false;
3469
3470     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3471   }
3472
3473   return true;
3474 }
3475
3476 namespace {
3477   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3478   /// to replace a switch.
3479   class SwitchLookupTable {
3480   public:
3481     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3482     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3483     /// table.
3484     SwitchLookupTable(Module &M,
3485                       uint64_t TableSize,
3486                       ConstantInt *Offset,
3487                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3488                       Constant *DefaultValue,
3489                       const DataLayout *TD);
3490
3491     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3492     /// the position given by Index in the lookup table.
3493     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3494
3495     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3496     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3497     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3498                                    uint64_t TableSize,
3499                                    const Type *ElementType);
3500
3501   private:
3502     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3503     // different ways.
3504     enum {
3505       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3506       // store that single value and return it for each lookup.
3507       SingleValueKind,
3508
3509       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3510       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3511       // shift and mask operations.
3512       BitMapKind,
3513
3514       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3515       // instructions from the table.
3516       ArrayKind
3517     } Kind;
3518
3519     // For SingleValueKind, this is the single value.
3520     Constant *SingleValue;
3521
3522     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3523     ConstantInt *BitMap;
3524     IntegerType *BitMapElementTy;
3525
3526     // For ArrayKind, this is the array.
3527     GlobalVariable *Array;
3528   };
3529 }
3530
3531 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3532                                      uint64_t TableSize,
3533                                      ConstantInt *Offset,
3534                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3535                                      Constant *DefaultValue,
3536                                      const DataLayout *TD)
3537     : SingleValue(0), BitMap(0), BitMapElementTy(0), Array(0) {
3538   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3539   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3540
3541   // If all values in the table are equal, this is that value.
3542   SingleValue = Values.begin()->second;
3543
3544   // Build up the table contents.
3545   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3546   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3547     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3548     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3549     assert(CaseRes->getType() == DefaultValue->getType());
3550
3551     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3552                    .getLimitedValue();
3553     TableContents[Idx] = CaseRes;
3554
3555     if (CaseRes != SingleValue)
3556       SingleValue = 0;
3557   }
3558
3559   // Fill in any holes in the table with the default result.
3560   if (Values.size() < TableSize) {
3561     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3562       if (!TableContents[I])
3563         TableContents[I] = DefaultValue;
3564     }
3565
3566     if (DefaultValue != SingleValue)
3567       SingleValue = 0;
3568   }
3569
3570   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3571   // that single value.
3572   if (SingleValue) {
3573     Kind = SingleValueKind;
3574     return;
3575   }
3576
3577   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3578   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, DefaultValue->getType())) {
3579     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(DefaultValue->getType());
3580     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3581     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3582       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3583       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3584       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3585         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3586         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3587       }
3588     }
3589     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3590     BitMapElementTy = IT;
3591     Kind = BitMapKind;
3592     ++NumBitMaps;
3593     return;
3594   }
3595
3596   // Store the table in an array.
3597   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultValue->getType(), TableSize);
3598   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3599
3600   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3601                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3602                              Initializer,
3603                              "switch.table");
3604   Array->setUnnamedAddr(true);
3605   Kind = ArrayKind;
3606 }
3607
3608 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3609   switch (Kind) {
3610     case SingleValueKind:
3611       return SingleValue;
3612     case BitMapKind: {
3613       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3614       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3615
3616       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3617       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3618       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3619       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3620
3621       // Multiply the shift amount by the element width.
3622       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3623                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3624                                    "switch.shiftamt");
3625
3626       // Shift down.
3627       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3628                                               "switch.downshift");
3629       // Mask off.
3630       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3631                                  "switch.masked");
3632     }
3633     case ArrayKind: {
3634       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3635       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3636                                              "switch.gep");
3637       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3638     }
3639   }
3640   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3641 }
3642
3643 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3644                                            uint64_t TableSize,
3645                                            const Type *ElementType) {
3646   if (!TD)
3647     return false;
3648   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3649   if (!IT)
3650     return false;
3651   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3652   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3653
3654   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3655   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3656     return false;
3657   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3658 }
3659
3660 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3661 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3662 /// types of the results.
3663 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3664                                    uint64_t TableSize,
3665                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3666                                    const DataLayout *TD,
3667                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3668   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3669     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3670
3671   bool AllTablesFitInRegister = true;
3672   bool HasIllegalType = false;
3673   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3674        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3675     Type *Ty = I->second;
3676
3677     // Saturate this flag to true.
3678     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3679
3680     // Saturate this flag to false.
3681     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3682       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, Ty);
3683
3684     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3685     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3686     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3687     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3688       break;
3689   }
3690
3691   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3692   if (AllTablesFitInRegister)
3693     return true;
3694
3695   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3696   if (HasIllegalType)
3697     return false;
3698
3699   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3700   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3701   // FIXME: Find the best cut-off.
3702   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3703 }
3704
3705 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3706 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3707 /// replace the switch with lookup tables.
3708 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3709                                 IRBuilder<> &Builder,
3710                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3711                                 const DataLayout* TD) {
3712   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3713
3714   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3715   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3716     return false;
3717
3718   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3719   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3720
3721   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3722   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3723   // string and lookup indices into that.
3724
3725   // Ignore the switch if the number of cases is too small.
3726   // This is similar to the check when building jump tables in
3727   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3728   // FIXME: Determine the best cut-off.
3729   if (SI->getNumCases() < 4)
3730     return false;
3731
3732   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3733   // common destination, as well as the the min and max case values.
3734   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3735   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3736   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3737   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3738
3739   BasicBlock *CommonDest = 0;
3740   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3741   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3742   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3743   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3744   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3745
3746   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3747     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3748     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3749       MinCaseVal = CaseVal;
3750     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3751       MaxCaseVal = CaseVal;
3752
3753     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3754     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3755     ResultsTy Results;
3756     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3757                         Results))
3758       return false;
3759
3760     // Append the result from this case to the list for each phi.
3761     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3762       if (!ResultLists.count(I->first))
3763         PHIs.push_back(I->first);
3764       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3765     }
3766   }
3767
3768   // Get the resulting values for the default case.
3769   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3770   if (!GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3771                       DefaultResultsList))
3772     return false;
3773   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3774     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3775     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3776     DefaultResults[PHI] = Result;
3777     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3778   }
3779
3780   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3781   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3782   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, TD, ResultTypes))
3783     return false;
3784
3785   // Create the BB that does the lookups.
3786   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3787   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3788                                             "switch.lookup",
3789                                             CommonDest->getParent(),
3790                                             CommonDest);
3791
3792   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3793   // the new BB.
3794   Builder.SetInsertPoint(SI);
3795   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3796                                         "switch.tableidx");
3797   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3798       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3799   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3800
3801   // Populate the BB that does the lookups.
3802   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3803   bool ReturnedEarly = false;
3804   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3805     PHINode *PHI = PHIs[I];
3806
3807     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3808                             DefaultResults[PHI], TD);
3809
3810     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3811
3812     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3813     // do that right here.
3814     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3815         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3816       Builder.CreateRet(Result);
3817       ReturnedEarly = true;
3818       break;
3819     }
3820
3821     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3822   }
3823
3824   if (!ReturnedEarly)
3825     Builder.CreateBr(CommonDest);
3826
3827   // Remove the switch.
3828   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3829     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3830     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3831     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3832   }
3833   SI->eraseFromParent();
3834
3835   ++NumLookupTables;
3836   return true;
3837 }
3838
3839 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3840   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3841
3842   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3843     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3844     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3845     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3846       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3847         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3848
3849     Value *Cond = SI->getCondition();
3850     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3851       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3852         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3853
3854     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3855     // away into any preds.
3856     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3857     // Ignore dbg intrinsics.
3858     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3859       ++BBI;
3860     if (SI == &*BBI)
3861       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3862         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3863   }
3864
3865   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3866   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3867     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3868
3869   // Remove unreachable cases.
3870   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3871     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3872
3873   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3874     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3875
3876   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, TD))
3877     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3878
3879   return false;
3880 }
3881
3882 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3883   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3884   bool Changed = false;
3885
3886   // Eliminate redundant destinations.
3887   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3888   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3889     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3890     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3891       Dest->removePredecessor(BB);
3892       IBI->removeDestination(i);
3893       --i; --e;
3894       Changed = true;
3895     }
3896   }
3897
3898   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3899     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3900     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3901     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3902     return true;
3903   }
3904
3905   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3906     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3907     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3908     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3909     return true;
3910   }
3911
3912   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3913     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3914       return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3915   }
3916   return Changed;
3917 }
3918
3919 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3920   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3921
3922   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3923     return true;
3924
3925   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3926   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3927   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3928       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3929     return true;
3930
3931   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3932   // against a constant, try to simplify the block.
3933   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3934     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3935       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3936         ;
3937       if (I->isTerminator() &&
3938           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, TD))
3939         return true;
3940     }
3941
3942   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3943   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3944   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3945   // for PHI nodes in common successor.
3946   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3947     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3948   return false;
3949 }
3950
3951
3952 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3953   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3954
3955   // Conditional branch
3956   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3957     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3958     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3959     // switch.
3960     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3961       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3962         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3963
3964     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3965     // Ignore dbg intrinsics.
3966     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3967     // Ignore dbg intrinsics.
3968     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3969       ++I;
3970     if (&*I == BI) {
3971       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3972         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3973     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3974       ++I;
3975       // Ignore dbg intrinsics.
3976       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3977         ++I;
3978       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3979         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3980     }
3981   }
3982
3983   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3984   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3985     return true;
3986
3987   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3988   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3989   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3990   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3991     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3992
3993   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3994   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3995   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3996   // can hoist it up to the branching block.
3997   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3998     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3999       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
4000         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4001     } else {
4002       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4003       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
4004       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4005       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4006           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4007         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
4008           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4009     }
4010   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
4011     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4012     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
4013     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4014     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4015         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4016       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
4017         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4018   }
4019
4020   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4021   // through this block if any PHI node entries are constants.
4022   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4023     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4024       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
4025         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4026
4027   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4028   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4029     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4030       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4031         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4032           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4033
4034   return false;
4035 }
4036
4037 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4038 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4039   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4040   if (!C)
4041     return false;
4042
4043   if (I->use_empty())
4044     return false;
4045
4046   if (C->isNullValue()) {
4047     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4048     User *Use = *I->use_begin();
4049
4050     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4051     // control flow (eg. calls)
4052     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4053       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4054         return false;
4055
4056     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4057     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4058       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4059         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4060
4061     // Look through bitcasts.
4062     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4063       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4064
4065     // Load from null is undefined.
4066     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4067       if (!LI->isVolatile())
4068         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4069
4070     // Store to null is undefined.
4071     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4072       if (!SI->isVolatile())
4073         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4074   }
4075   return false;
4076 }
4077
4078 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4079 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4080 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4081   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4082        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4083     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4084       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4085         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4086         IRBuilder<> Builder(T);
4087         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4088           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4089           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4090           // destination from conditional branches.
4091           if (BI->isUnconditional())
4092             Builder.CreateUnreachable();
4093           else
4094             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4095                                                          BI->getSuccessor(0));
4096           BI->eraseFromParent();
4097           return true;
4098         }
4099         // TODO: SwitchInst.
4100       }
4101
4102   return false;
4103 }
4104
4105 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4106   bool Changed = false;
4107
4108   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4109   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4110
4111   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4112   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4113   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4114        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4115       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4116     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4117     DeleteDeadBlock(BB);
4118     return true;
4119   }
4120
4121   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4122   // away...
4123   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4124
4125   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4126   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4127
4128   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4129   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4130
4131   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4132   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4133   // if there are no PHI nodes.
4134   //
4135   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4136     return true;
4137
4138   IRBuilder<> Builder(BB);
4139
4140   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4141   // eliminate it, do so now.
4142   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4143     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4144       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
4145
4146   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4147   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4148     if (BI->isUnconditional()) {
4149       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4150     } else {
4151       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4152     }
4153   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4154     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4155   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4156     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4157   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4158     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4159   } else if (UnreachableInst *UI =
4160                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4161     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4162   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4163                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4164     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4165   }
4166
4167   return Changed;
4168 }
4169
4170 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4171 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4172 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4173 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4174 ///
4175 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4176                        const DataLayout *TD) {
4177   return SimplifyCFGOpt(TTI, TD).run(BB);
4178 }