Fix pr14893.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
23 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
24 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
26 #include "llvm/IR/Constants.h"
27 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
28 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
29 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
30 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
31 #include "llvm/IR/Instructions.h"
32 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
34 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
35 #include "llvm/IR/Metadata.h"
36 #include "llvm/IR/Module.h"
37 #include "llvm/IR/Operator.h"
38 #include "llvm/IR/Type.h"
39 #include "llvm/Support/CFG.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
42 #include "llvm/Support/Debug.h"
43 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
44 #include "llvm/Support/PatternMatch.h"
45 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
46 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
47 #include <algorithm>
48 #include <map>
49 #include <set>
50 using namespace llvm;
51 using namespace PatternMatch;
52
53 static cl::opt<unsigned>
54 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
55    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
56
57 static cl::opt<bool>
58 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
59        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
60
61 static cl::opt<bool>
62 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
63        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
64
65 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
66     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
67     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
68
69 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
70 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
71 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
72 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
73
74 namespace {
75   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
76   struct ValueEqualityComparisonCase {
77     ConstantInt *Value;
78     BasicBlock *Dest;
79
80     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
81       : Value(Value), Dest(Dest) {}
82
83     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
84       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
85       return Value < RHS.Value;
86     }
87
88     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
89   };
90
91 class SimplifyCFGOpt {
92   const TargetTransformInfo &TTI;
93   const DataLayout *const TD;
94   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
95   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
96                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
97   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
98                                                      BasicBlock *Pred,
99                                                      IRBuilder<> &Builder);
100   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
101                                            IRBuilder<> &Builder);
102
103   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
104   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
105   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
106   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
107   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
108   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
109   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
110
111 public:
112   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *TD)
113       : TTI(TTI), TD(TD) {}
114   bool run(BasicBlock *BB);
115 };
116 }
117
118 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
119 /// terminator instructions together.
120 ///
121 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
122   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
123
124   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
125   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
126   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
127   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
128   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
129   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
130
131   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
132     if (SI1Succs.count(*I))
133       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
134            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
135         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
136         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
137             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
138           return false;
139       }
140
141   return true;
142 }
143
144 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
145 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
146 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
147 /// successors.
148 ///
149 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
150                                           BranchInst *SI2,
151                                           Instruction *Cond,
152                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
153   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
154   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
155
156   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
157   // common successors:
158   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
159   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
160   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
161   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
162   if (!Ci2) return false;
163   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
164         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
165       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
166         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
167     return false;
168
169   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
170   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
171   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
172   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
173     if (SI1Succs.count(*I))
174       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
175            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
176         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
177         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
178             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
179           return false;
180         PhiNodes.push_back(PN);
181       }
182   return true;
183 }
184
185 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
186 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
187 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
188 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
189 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
190                                   BasicBlock *ExistPred) {
191   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
192
193   PHINode *PN;
194   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
195        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
196     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
197 }
198
199 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
200 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
201 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
202 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
203   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
204          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
205   switch (Operator::getOpcode(I)) {
206   default:
207     // In doubt, be conservative.
208     return UINT_MAX;
209   case Instruction::GetElementPtr:
210     // GEPs are cheap if all indices are constant.
211     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
212       return UINT_MAX;
213     return 1;
214   case Instruction::Load:
215   case Instruction::Add:
216   case Instruction::Sub:
217   case Instruction::And:
218   case Instruction::Or:
219   case Instruction::Xor:
220   case Instruction::Shl:
221   case Instruction::LShr:
222   case Instruction::AShr:
223   case Instruction::ICmp:
224   case Instruction::Trunc:
225   case Instruction::ZExt:
226   case Instruction::SExt:
227     return 1; // These are all cheap.
228
229   case Instruction::Call:
230   case Instruction::Select:
231     return 2;
232   }
233 }
234
235 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
236 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
237 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
238 /// which works well enough for us.
239 ///
240 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
241 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
242 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
243 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
244 /// set and true is returned.
245 ///
246 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
247 /// Select whose cost is 2.
248 ///
249 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
250 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
251 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
252 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
253                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
254                                 unsigned &CostRemaining) {
255   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
256   if (!I) {
257     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
258     // can be executed unconditionally.
259     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
260       if (C->canTrap())
261         return false;
262     return true;
263   }
264   BasicBlock *PBB = I->getParent();
265
266   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
267   // the bottom of this block.
268   if (PBB == BB) return false;
269
270   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
271   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
272   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
273   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
274   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
275     return true;
276
277   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
278   // instructions in the 'if region'.
279   if (AggressiveInsts == 0) return false;
280
281   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
282   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
283
284   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
285   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
286   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
287   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
288     return false;
289
290   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
291
292   if (Cost > CostRemaining)
293     return false;
294
295   CostRemaining -= Cost;
296
297   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
298   // not take us over the cost threshold.
299   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
300     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
301       return false;
302   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
303   AggressiveInsts->insert(I);
304   return true;
305 }
306
307 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
308 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
309 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
310   // Normal constant int.
311   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
312   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
313     return CI;
314
315   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
316   // ConstantInt if possible.
317   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(TD->getIntPtrType(V->getType()));
318
319   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
320   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
321     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
322
323   // IntToPtr const int.
324   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
325     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
326       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
327         // The constant is very likely to have the right type already.
328         if (CI->getType() == PtrTy)
329           return CI;
330         else
331           return cast<ConstantInt>
332             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
333       }
334   return 0;
335 }
336
337 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
338 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
339 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
340 /// Values vector.
341 static Value *
342 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
343                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
344   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
345   if (I == 0) return 0;
346
347   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
348   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
349     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
350       Value *RHSVal;
351       ConstantInt *RHSC;
352
353       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
354         // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
355         // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
356         if (match(ICI->getOperand(0),
357                   m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
358           APInt Not = ~RHSC->getValue();
359           if (Not.isPowerOf2()) {
360             Vals.push_back(C);
361             Vals.push_back(
362                 ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue() | Not));
363             UsedICmps++;
364             return RHSVal;
365           }
366         }
367
368         UsedICmps++;
369         Vals.push_back(C);
370         return I->getOperand(0);
371       }
372
373       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
374       // the set.
375       ConstantRange Span =
376         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
377
378       // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
379       // compare idiom as emitted by instcombine.
380       bool hasAdd =
381           match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)));
382       if (hasAdd)
383         Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
384
385       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
386       // x != 0 && x != 1.
387       if (!isEQ)
388         Span = Span.inverse();
389
390       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
391       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
392         return 0;
393
394       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
395         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
396       UsedICmps++;
397       return hasAdd ? RHSVal : I->getOperand(0);
398     }
399     return 0;
400   }
401
402   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
403   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
404     return 0;
405
406   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
407   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
408   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
409                                           isEQ, UsedICmps)) {
410     unsigned NumVals = Vals.size();
411     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
412     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
413                                             isEQ, UsedICmps)) {
414       if (LHS == RHS)
415         return LHS;
416       Vals.resize(NumVals);
417       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
418     }
419
420     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
421     // set it and return success.
422     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
423       Extra = I->getOperand(1);
424       return LHS;
425     }
426
427     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
428     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
429     return 0;
430   }
431
432   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
433   // use LHS as Extra.
434   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
435     Value *OldExtra = Extra;
436     Extra = I->getOperand(0);
437     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
438                                             isEQ, UsedICmps))
439       return RHS;
440     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
441     Extra = OldExtra;
442   }
443
444   return 0;
445 }
446
447 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
448   Instruction *Cond = 0;
449   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
450     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
451   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
452     if (BI->isConditional())
453       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
454   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
455     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
456   }
457
458   TI->eraseFromParent();
459   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
460 }
461
462 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
463 /// to see if a value is equal to constant integer value.
464 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
465   Value *CV = 0;
466   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
467     // Do not permit merging of large switch instructions into their
468     // predecessors unless there is only one predecessor.
469     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
470                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
471       CV = SI->getCondition();
472   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
473     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
474       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
475         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
476           CV = ICI->getOperand(0);
477
478   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
479   if (TD && CV) {
480     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
481       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
482       if (PTII->getType() == TD->getIntPtrType(Ptr->getType()))
483         CV = Ptr;
484     }
485   }
486   return CV;
487 }
488
489 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
490 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
491 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
492 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
493                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
494                                                                        &Cases) {
495   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
496     Cases.reserve(SI->getNumCases());
497     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
498       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
499                                                   i.getCaseSuccessor()));
500     return SI->getDefaultDest();
501   }
502
503   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
504   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
505   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
506   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
507                                                              TD),
508                                               Succ));
509   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
510 }
511
512
513 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
514 /// in the list that match the specified block.
515 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
516                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
517   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
518 }
519
520 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
521 /// well.
522 static bool
523 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
524               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
525   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
526
527   // Make V1 be smaller than V2.
528   if (V1->size() > V2->size())
529     std::swap(V1, V2);
530
531   if (V1->size() == 0) return false;
532   if (V1->size() == 1) {
533     // Just scan V2.
534     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
535     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
536       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
537         return true;
538   }
539
540   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
541   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
542   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
543   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
544   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
545     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
546       return true;
547     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
548       ++i1;
549     else
550       ++i2;
551   }
552   return false;
553 }
554
555 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
556 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
557 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
558 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
559 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
560 /// form of jump threading.
561 bool SimplifyCFGOpt::
562 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
563                                               BasicBlock *Pred,
564                                               IRBuilder<> &Builder) {
565   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
566   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
567
568   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
569   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
570   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
571
572   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
573   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
574
575   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
576   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
577   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
578                                                         PredCases);
579   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
580
581   // Find information about how control leaves this block.
582   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
583   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
584   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
585
586   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
587   // simplify TI based on this knowledge.
588   if (PredDef == TI->getParent()) {
589     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
590     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
591     // can simplify TI.
592     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
593       return false;
594
595     if (isa<BranchInst>(TI)) {
596       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
597       // uncond br.
598       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
599       // Insert the new branch.
600       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
601       (void) NI;
602
603       // Remove PHI node entries for the dead edge.
604       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
605
606       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
607            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
608
609       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
610       return true;
611     }
612
613     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
614     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
615     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
616     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
617       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
618
619     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
620                  << "Through successor TI: " << *TI);
621
622     // Collect branch weights into a vector.
623     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
624     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
625     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
626     if (HasWeight)
627       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
628            ++MD_i) {
629         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
630         assert(CI);
631         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
632       }
633     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
634       --i;
635       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
636         if (HasWeight) {
637           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
638           Weights.pop_back();
639         }
640         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
641         SI->removeCase(i);
642       }
643     }
644     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
645       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
646                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
647                       createBranchWeights(Weights));
648
649     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
650     return true;
651   }
652
653   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
654   // which value (or set of values) this is.
655   ConstantInt *TIV = 0;
656   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
657   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
658     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
659       if (TIV != 0)
660         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
661       TIV = PredCases[i].Value;
662     }
663   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
664
665   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
666   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
667   BasicBlock *TheRealDest = 0;
668   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
669     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
670       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
671       break;
672     }
673
674   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
675   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
676
677   // Remove PHI node entries for dead edges.
678   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
679   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
680     if (*SI != CheckEdge)
681       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
682     else
683       CheckEdge = 0;
684
685   // Insert the new branch.
686   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
687   (void) NI;
688
689   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
690             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
691
692   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
693   return true;
694 }
695
696 namespace {
697   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
698   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
699   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
700   struct ConstantIntOrdering {
701     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
702       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
703     }
704   };
705 }
706
707 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
708                                     ConstantInt *const *P2) {
709   const ConstantInt *LHS = *P1;
710   const ConstantInt *RHS = *P2;
711   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
712     return 1;
713   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
714     return 0;
715   return -1;
716 }
717
718 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
719   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
720   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
721     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
722       return MDS->getString().equals("branch_weights");
723
724   return false;
725 }
726
727 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
728 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
729 /// metadata.
730 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
731                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
732   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
733   assert(MD);
734   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
735     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
736     assert(CI);
737     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
738   }
739
740   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
741   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
742   // default weight to be the first entry.
743   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
744     assert(Weights.size() == 2);
745     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
746     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
747       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
748   }
749 }
750
751 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
752 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
753   while (true) {
754     bool Halve = false;
755     for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
756       if (Weights[i] > UINT_MAX) {
757         Halve = true;
758         break;
759       }
760
761     if (! Halve)
762       return;
763
764     for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
765       Weights[i] /= 2;
766   }
767 }
768
769 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
770 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
771 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
772 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
773 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
774                                                          IRBuilder<> &Builder) {
775   BasicBlock *BB = TI->getParent();
776   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
777   assert(CV && "Not a comparison?");
778   bool Changed = false;
779
780   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
781   while (!Preds.empty()) {
782     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
783
784     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
785     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
786     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
787
788     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
789       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
790       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
791       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
792
793       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
794       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
795
796       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
797       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
798       // build.
799       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
800
801       // Update the branch weight metadata along the way
802       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
803       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
804       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
805
806       if (PredHasWeights) {
807         GetBranchWeights(PTI, Weights);
808         // branch-weight metadata is inconsistent here.
809         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
810           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
811       } else if (SuccHasWeights)
812         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
813         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
814         // successor's weights
815         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
816
817       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
818       if (SuccHasWeights) {
819         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
820         // branch-weight metadata is inconsistent here.
821         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
822           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
823       } else if (PredHasWeights)
824         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
825
826       if (PredDefault == BB) {
827         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
828         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
829         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
830         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
831           if (PredCases[i].Dest != BB)
832             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
833           else {
834             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
835             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
836
837             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
838               // Increase weight for the default case.
839               Weights[0] += Weights[i+1];
840               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
841               Weights.pop_back();
842             }
843
844             PredCases.pop_back();
845             --i; --e;
846           }
847
848         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
849         if (PredDefault != BBDefault) {
850           PredDefault->removePredecessor(Pred);
851           PredDefault = BBDefault;
852           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
853         }
854
855         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
856         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
857         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
858           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
859               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
860             PredCases.push_back(BBCases[i]);
861             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
862             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
863               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
864               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
865               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
866               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
867               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
868             }
869           }
870
871         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
872           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
873           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
874           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
875             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
876           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
877           Weights[0] *= SuccWeights[0];
878         }
879       } else {
880         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
881         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
882         // activated.
883         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
884         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
885         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
886           if (PredCases[i].Dest == BB) {
887             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
888
889             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
890               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
891               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
892               Weights.pop_back();
893             }
894
895             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
896             PredCases.pop_back();
897             --i; --e;
898           }
899
900         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
901         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
902         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
903           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
904             // If this is one we are capable of getting...
905             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
906               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
907             PredCases.push_back(BBCases[i]);
908             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
909             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
910           }
911
912         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
913         // they must go to the default destination of TI.
914         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
915                                     PTIHandled.begin(),
916                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
917           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
918             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
919           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
920           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
921         }
922       }
923
924       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
925       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
926       // successors.
927       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
928         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
929
930       Builder.SetInsertPoint(PTI);
931       // Convert pointer to int before we switch.
932       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
933         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
934         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getType()),
935                                     "magicptr");
936       }
937
938       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
939       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
940                                                PredCases.size());
941       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
942       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
943         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
944
945       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
946         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
947         FitWeights(Weights);
948
949         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
950
951         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
952                            MDBuilder(BB->getContext()).
953                            createBranchWeights(MDWeights));
954       }
955
956       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
957
958       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
959       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
960       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
961       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
962       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
963         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
964           if (InfLoopBlock == 0) {
965             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
966             // or it won't matter if it's hot. :)
967             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
968                                               "infloop", BB->getParent());
969             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
970           }
971           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
972         }
973
974       Changed = true;
975     }
976   }
977   return Changed;
978 }
979
980 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
981 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
982 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
983 // to put the select in this case.
984 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
985                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
986   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
987     PHINode *PN;
988     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
989          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
990       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
991       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
992       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
993         return false;
994       }
995     }
996   }
997   return true;
998 }
999
1000 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1001 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1002 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1003 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1004   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1005   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1006   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1007   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1008   // identical order.
1009   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1010   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1011
1012   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1013   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1014
1015   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1016   // Skip debug info if it is not identical.
1017   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1018   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1019   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1020     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1021       I1 = BB1_Itr++;
1022     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1023       I2 = BB2_Itr++;
1024   }
1025   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1026       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1027     return false;
1028
1029   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1030
1031   bool Changed = false;
1032   do {
1033     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1034     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1035     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1036       goto HoistTerminator;
1037
1038     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1039     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1040     // the now redundant second instruction.
1041     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1042     if (!I2->use_empty())
1043       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1044     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1045     I2->eraseFromParent();
1046     Changed = true;
1047
1048     I1 = BB1_Itr++;
1049     I2 = BB2_Itr++;
1050     // Skip debug info if it is not identical.
1051     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1052     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1053     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1054       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1055         I1 = BB1_Itr++;
1056       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1057         I2 = BB2_Itr++;
1058     }
1059   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1060
1061   return true;
1062
1063 HoistTerminator:
1064   // It may not be possible to hoist an invoke.
1065   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1066     return Changed;
1067
1068   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1069     PHINode *PN;
1070     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1071          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1072       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1073       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1074       if (BB1V == BB2V)
1075         continue;
1076
1077       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V))
1078         return Changed;
1079       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V))
1080         return Changed;
1081     }
1082   }
1083
1084   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1085   Instruction *NT = I1->clone();
1086   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1087   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1088     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1089     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1090     NT->takeName(I1);
1091   }
1092
1093   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1094   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1095   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1096   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1097   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1098   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1099   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1100     PHINode *PN;
1101     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1102          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1103       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1104       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1105       if (BB1V == BB2V) continue;
1106
1107       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1108       // that determines the right value.
1109       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1110       if (SI == 0)
1111         SI = cast<SelectInst>
1112           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1113                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1114
1115       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1116       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1117         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1118           PN->setIncomingValue(i, SI);
1119     }
1120   }
1121
1122   // Update any PHI nodes in our new successors.
1123   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1124     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1125
1126   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1127   return true;
1128 }
1129
1130 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1131 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1132 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1133 /// in the two predecessors to BBEnd.
1134 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1135   assert(BI1->isUnconditional());
1136   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1137   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1138
1139   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1140   // an unconditional branch.
1141   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1142   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1143   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1144     return false;
1145   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1146   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1147     return false;
1148   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1149   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1150   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1151     return false;
1152
1153   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1154   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1155   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1156   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1157        I != E; ++I) {
1158     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1159       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1160       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1161       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1162     } else {
1163       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1164       break;
1165     }
1166   }
1167   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1168     return false;
1169
1170
1171   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1172   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1173   // instructions in an identical order.
1174   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1175       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1176       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1177   // Skip debug info.
1178   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1179   if (RI1 == RE1)
1180     return false;
1181   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1182   if (RI2 == RE2)
1183     return false;
1184   // Skip the unconditional branches.
1185   ++RI1;
1186   ++RI2;
1187
1188   bool Changed = false;
1189   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1190     // Skip debug info.
1191     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1192     if (RI1 == RE1)
1193       return Changed;
1194     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1195     if (RI2 == RE2)
1196       return Changed;
1197
1198     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1199     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1200     // perform the same operation.
1201     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1202     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1203         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1204         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1205         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1206         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1207         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1208         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1209         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1210         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1211       return Changed;
1212
1213     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1214     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1215     bool SwapOpnds = false;
1216     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1217         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1218         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1219         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1220          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1221       ICmp2->swapOperands();
1222       SwapOpnds = true;
1223     }
1224     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1225       if (SwapOpnds)
1226         ICmp2->swapOperands();
1227       return Changed;
1228     }
1229
1230     // The operands should be either the same or they need to be generated
1231     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1232     // a single pair of different operands.
1233     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1234     unsigned Op1Idx = 0;
1235     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1236       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1237         continue;
1238       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1239       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1240       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1241       if (DifferentOp1 ||
1242           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1243           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1244           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1245           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1246         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1247         if (SwapOpnds)
1248           ICmp2->swapOperands();
1249         return Changed;
1250       }
1251       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1252       Op1Idx = I;
1253       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1254     }
1255
1256     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1257     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1258     if (DifferentOp1) {
1259       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1260                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1261                                        BBEnd->begin());
1262       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1263       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1264       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1265       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1266       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1267       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1268     }
1269     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1270     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1271
1272     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1273     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1274     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1275     // instruction in the basic block down.
1276     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1277     // Sink the instruction.
1278     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1279     if (!OldPN->use_empty())
1280       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1281     OldPN->eraseFromParent();
1282
1283     if (!I2->use_empty())
1284       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1285     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1286     I2->eraseFromParent();
1287
1288     if (UpdateRE1)
1289       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1290     if (UpdateRE2)
1291       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1292     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1293     NumSinkCommons++;
1294     Changed = true;
1295   }
1296   return Changed;
1297 }
1298
1299 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1300 /// conditional block.
1301 ///
1302 /// We are looking for code like the following:
1303 ///   BrBB:
1304 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1305 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1306 ///     ... // function).
1307 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1308 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1309 ///   ThenBB:
1310 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1311 ///     br label EndBB
1312 ///   EndBB:
1313 ///     ...
1314 ///   We are going to transform this into:
1315 ///   BrBB:
1316 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1317 ///     ... //
1318 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1319 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1320 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1321 ///     ...
1322 ///
1323 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1324 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1325 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1326                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1327   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1328   if (!StoreToHoist)
1329     return 0;
1330
1331   // Volatile or atomic.
1332   if (!StoreToHoist->isSimple())
1333     return 0;
1334
1335   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1336
1337   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1338   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1339   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1340        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1341     Instruction *CurI = &*RI;
1342
1343     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1344     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1345       return 0;
1346
1347     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1348     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1349     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1350       // Found the previous store, return its value operand.
1351       return SI->getValueOperand();
1352     else if (SI)
1353       return 0; // Unknown store.
1354   }
1355
1356   return 0;
1357 }
1358
1359 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1360 ///
1361 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1362 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1363 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1364 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1365 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1366 ///
1367 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1368 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1369 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1370 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1371 ///
1372 ///
1373 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1374 /// \code
1375 ///   BB:
1376 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1377 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1378 ///   ThenBB:
1379 ///     %sub = sub %x, %y
1380 ///     br label BB2
1381 ///   EndBB:
1382 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1383 ///     ...
1384 /// \endcode
1385 ///
1386 /// Into this IR:
1387 /// \code
1388 ///   BB:
1389 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1390 ///     %sub = sub %x, %y
1391 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1392 ///     ...
1393 /// \endcode
1394 ///
1395 /// \returns true if the conditional block is removed.
1396 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB) {
1397   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1398   Value *BrCond = BI->getCondition();
1399   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1400     return false;
1401
1402   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1403   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1404
1405   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1406   // to swap the select operands later.
1407   bool Invert = false;
1408   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1409     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1410     Invert = true;
1411   }
1412   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1413
1414   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1415   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1416   // - They are defined in BB, and
1417   // - They have no side effects, and
1418   // - All of their uses are in CondBB.
1419   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1420
1421   unsigned SpeculationCost = 0;
1422   Value *SpeculatedStoreValue = 0;
1423   StoreInst *SpeculatedStore = 0;
1424   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1425                             BBE = llvm::prior(ThenBB->end());
1426        BBI != BBE; ++BBI) {
1427     Instruction *I = BBI;
1428     // Skip debug info.
1429     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1430       continue;
1431
1432     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1433     // terminator) for now.
1434     ++SpeculationCost;
1435     if (SpeculationCost > 1)
1436       return false;
1437
1438     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1439     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1440         !(HoistCondStores &&
1441           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1442                                                          EndBB))))
1443       return false;
1444     if (!SpeculatedStoreValue &&
1445         ComputeSpeculationCost(I) > PHINodeFoldingThreshold)
1446       return false;
1447
1448     // Store the store speculation candidate.
1449     if (SpeculatedStoreValue)
1450       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1451
1452     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1453     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1454     // being sunk into the use block.
1455     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1456          i != e; ++i) {
1457       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1458       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1459           OpI->mayHaveSideEffects())
1460         continue; // Not a candidate for sinking.
1461
1462       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1463     }
1464   }
1465
1466   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1467   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1468   // and so iteration order isn't significant.
1469   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1470            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1471        I != E; ++I)
1472     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1473       ++SpeculationCost;
1474       if (SpeculationCost > 1)
1475         return false;
1476     }
1477
1478   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1479   bool HaveRewritablePHIs = false;
1480   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1481        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1482     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1483     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1484
1485     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1486     // Skip PHIs which are trivial.
1487     if (ThenV == OrigV)
1488       continue;
1489
1490     HaveRewritablePHIs = true;
1491     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1492     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1493     if (!OrigCE && !ThenCE)
1494       continue; // Known safe and cheap.
1495
1496     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE)) ||
1497         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE)))
1498       return false;
1499     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE) : 0;
1500     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE) : 0;
1501     if (OrigCost + ThenCost > 2 * PHINodeFoldingThreshold)
1502       return false;
1503
1504     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1505     // getting expanded into Instructions.
1506     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1507     // constant expression.
1508     ++SpeculationCost;
1509     if (SpeculationCost > 1)
1510       return false;
1511   }
1512
1513   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1514   // as well.
1515   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1516     return false;
1517
1518   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1519   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1520
1521   // Insert a select of the value of the speculated store.
1522   if (SpeculatedStoreValue) {
1523     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1524     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1525     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1526     if (Invert)
1527       std::swap(TrueV, FalseV);
1528     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1529                                     "." + FalseV->getName());
1530     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1531   }
1532
1533   // Hoist the instructions.
1534   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1535                            llvm::prior(ThenBB->end()));
1536
1537   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1538   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1539   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1540        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1541     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1542     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1543     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1544     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1545
1546     // Skip PHIs which are trivial.
1547     if (OrigV == ThenV)
1548       continue;
1549
1550     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1551     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1552     // destinations were inverted.
1553     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1554     if (Invert)
1555       std::swap(TrueV, FalseV);
1556     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1557                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1558     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1559     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1560   }
1561
1562   ++NumSpeculations;
1563   return true;
1564 }
1565
1566 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1567 /// attribute.
1568 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1569   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1570     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1571     if (!CI)
1572       continue;
1573     if (CI->cannotDuplicate())
1574       return true;
1575   }
1576   return false;
1577 }
1578
1579 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1580 /// across this block.
1581 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1582   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1583   unsigned Size = 0;
1584
1585   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1586     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1587       continue;
1588     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1589     ++Size;
1590
1591     // We can only support instructions that do not define values that are
1592     // live outside of the current basic block.
1593     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1594          UI != E; ++UI) {
1595       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1596       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1597     }
1598
1599     // Looks ok, continue checking.
1600   }
1601
1602   return true;
1603 }
1604
1605 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1606 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1607 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1608 /// ultimate destination.
1609 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1610   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1611   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1612   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1613   // outside of the block.
1614   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1615     return false;
1616
1617   // Degenerate case of a single entry PHI.
1618   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1619     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1620     return true;
1621   }
1622
1623   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1624   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1625
1626   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1627
1628   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1629   // constants.
1630   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1631     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1632     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1633
1634     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1635     // branch to RealDest.
1636     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1637     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1638
1639     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1640     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1641     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1642
1643     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1644     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1645     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1646     // the edge we are about to create.
1647     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1648                                             RealDest->getName()+".critedge",
1649                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1650     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1651
1652     // Update PHI nodes.
1653     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1654
1655     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1656     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1657     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1658     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1659     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1660     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1661       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1662         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1663         continue;
1664       }
1665       // Clone the instruction.
1666       Instruction *N = BBI->clone();
1667       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1668
1669       // Update operands due to translation.
1670       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1671            i != e; ++i) {
1672         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1673         if (PI != TranslateMap.end())
1674           *i = PI->second;
1675       }
1676
1677       // Check for trivial simplification.
1678       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1679         TranslateMap[BBI] = V;
1680         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1681       } else {
1682         // Insert the new instruction into its new home.
1683         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1684         if (!BBI->use_empty())
1685           TranslateMap[BBI] = N;
1686       }
1687     }
1688
1689     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1690     // to EdgeBB instead.
1691     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1692     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1693       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1694         BB->removePredecessor(PredBB);
1695         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1696       }
1697
1698     // Recurse, simplifying any other constants.
1699     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1700   }
1701
1702   return false;
1703 }
1704
1705 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1706 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1707 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1708   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1709   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1710   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1711   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1712   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1713   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1714   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1715   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1716   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1717   if (!IfCond ||
1718       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1719       isa<ConstantInt>(IfCond))
1720     return false;
1721
1722   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1723   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1724   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1725   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1726   // fewer PHI nodes in this block.
1727   unsigned NumPhis = 0;
1728   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1729     if (NumPhis > 2)
1730       return false;
1731
1732   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1733   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1734   // that need to be moved to the dominating block.
1735   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1736   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1737            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1738
1739   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1740     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1741     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1742       PN->replaceAllUsesWith(V);
1743       PN->eraseFromParent();
1744       continue;
1745     }
1746
1747     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1748                              MaxCostVal0) ||
1749         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1750                              MaxCostVal1))
1751       return false;
1752   }
1753
1754   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1755   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1756   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1757   if (PN == 0) return true;
1758
1759   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1760   // often be turned into switches and other things.
1761   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1762       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1763        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1764        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1765     return false;
1766
1767   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1768   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1769   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1770   // worth promoting to select instructions.
1771   BasicBlock *DomBlock = 0;
1772   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1773   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1774   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1775     IfBlock1 = 0;
1776   } else {
1777     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1778     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1779       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1780         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1781         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1782         // flow, so the xform is not worth it.
1783         return false;
1784       }
1785   }
1786
1787   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1788     IfBlock2 = 0;
1789   } else {
1790     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1791     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1792       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1793         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1794         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1795         // flow, so the xform is not worth it.
1796         return false;
1797       }
1798   }
1799
1800   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1801                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1802
1803   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1804   // do all of the PHI's now.
1805   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1806   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1807
1808   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1809   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1810   if (IfBlock1)
1811     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1812                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1813                                    IfBlock1->getTerminator());
1814   if (IfBlock2)
1815     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1816                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1817                                    IfBlock2->getTerminator());
1818
1819   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1820     // Change the PHI node into a select instruction.
1821     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1822     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1823
1824     SelectInst *NV =
1825       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1826     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1827     NV->takeName(PN);
1828     PN->eraseFromParent();
1829   }
1830
1831   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1832   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1833   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1834   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1835   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1836   Builder.CreateBr(BB);
1837   OldTI->eraseFromParent();
1838   return true;
1839 }
1840
1841 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1842 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1843 /// introducing a select if the return values disagree.
1844 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1845                                            IRBuilder<> &Builder) {
1846   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1847   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1848   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1849   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1850   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1851
1852   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1853   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1854   // computation on one path or the other.
1855   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1856     return false;
1857   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1858     return false;
1859
1860   Builder.SetInsertPoint(BI);
1861   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1862   // there is no return value for this function, just change the
1863   // branch into a return.
1864   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1865     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1866     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1867     Builder.CreateRetVoid();
1868     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1869     return true;
1870   }
1871
1872   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1873   // so we can insert a new select instruction.
1874   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1875   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1876
1877   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1878   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1879     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1880       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1881   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1882     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1883       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1884
1885   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1886   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1887   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1888   // constant expression that prevents this transformation from being
1889   // safe.
1890   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1891     if (TCV->canTrap())
1892       return false;
1893   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1894     if (FCV->canTrap())
1895       return false;
1896
1897   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1898   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1899   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1900   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1901
1902   // Insert select instructions where needed.
1903   Value *BrCond = BI->getCondition();
1904   if (TrueValue) {
1905     // Insert a select if the results differ.
1906     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1907     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1908       TrueValue = FalseValue;
1909     } else {
1910       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1911                                        FalseValue, "retval");
1912     }
1913   }
1914
1915   Value *RI = !TrueValue ?
1916     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1917
1918   (void) RI;
1919
1920   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1921                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1922                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1923
1924   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1925
1926   return true;
1927 }
1928
1929 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1930 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1931 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1932 /// found.
1933 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1934                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1935   assert(BI->isConditional() &&
1936          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1937   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1938   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1939   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1940   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1941   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1942   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1943   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1944   return true;
1945 }
1946
1947 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1948 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1949 ///
1950 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1951   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1952     return false;
1953   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1954     Instruction *PBI = &*I;
1955     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1956     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1957       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1958       Inst->eraseFromParent();
1959       return true;
1960     }
1961   }
1962   return false;
1963 }
1964
1965 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1966 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1967 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1968 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1969   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1970
1971   Instruction *Cond = 0;
1972   if (BI->isConditional())
1973     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1974   else {
1975     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1976     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1977     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1978     // predecessor.
1979     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1980       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1981         if (PBI->isConditional() &&
1982             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1983              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1984           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1985                I != E; ) {
1986             Instruction *Curr = I++;
1987             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1988               Cond = Curr;
1989               break;
1990             }
1991             // Quit if we can't remove this instruction.
1992             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1993               return false;
1994           }
1995         }
1996
1997     if (Cond == 0)
1998       return false;
1999   }
2000
2001   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2002     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2003   return false;
2004
2005   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
2006   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
2007   // must be at the front of the block.
2008   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
2009
2010   // Ignore dbg intrinsics.
2011   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2012
2013   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
2014   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
2015   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
2016   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
2017   Instruction *BonusInst = 0;
2018   if (&*FrontIt != Cond &&
2019       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
2020       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
2021     BonusInst = &*FrontIt;
2022     ++FrontIt;
2023
2024     // Ignore dbg intrinsics.
2025     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2026   }
2027
2028   // Only a single bonus inst is allowed.
2029   if (&*FrontIt != Cond)
2030     return false;
2031
2032   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2033   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2034
2035   // Ingore dbg intrinsics.
2036   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2037
2038   if (&*CondIt != BI)
2039     return false;
2040
2041   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2042   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2043   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2044     if (CE->canTrap())
2045       return false;
2046   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2047     if (CE->canTrap())
2048       return false;
2049
2050   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2051   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2052   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
2053   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2054     return false;
2055
2056   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2057     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2058     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2059
2060     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2061     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2062     // blocks.
2063     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2064     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
2065         (BI->isConditional() &&
2066          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2067         (!BI->isConditional() &&
2068          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2069       continue;
2070
2071     // Determine if the two branches share a common destination.
2072     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2073     bool InvertPredCond = false;
2074
2075     if (BI->isConditional()) {
2076       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2077         Opc = Instruction::Or;
2078       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2079         Opc = Instruction::And;
2080       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2081         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2082       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2083         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2084       else
2085         continue;
2086     } else {
2087       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2088         continue;
2089     }
2090
2091     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2092     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2093     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2094     // out-of-order core by speculating them earlier. We also allow
2095     // instructions that are used by the terminator's condition because it
2096     // exposes more merging opportunities.
2097     bool UsedByBranch = (BonusInst && BonusInst->hasOneUse() &&
2098                          *BonusInst->use_begin() == Cond);
2099
2100     if (BonusInst && !UsedByBranch) {
2101       // Collect the values used by the bonus inst
2102       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2103       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2104            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2105         Value *V = *OI;
2106         if (!isa<Constant>(V) && !isa<Argument>(V))
2107           UsedValues.insert(V);
2108       }
2109
2110       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2111       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2112
2113       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2114       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2115       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2116       while (!Worklist.empty()) {
2117         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2118         Worklist.pop_back();
2119
2120         if (Pair.second >= 4) continue;
2121         UsedValues.erase(Pair.first);
2122         if (UsedValues.empty()) break;
2123
2124         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2125           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2126                OI != OE; ++OI)
2127             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2128         }
2129       }
2130
2131       if (!UsedValues.empty()) return false;
2132     }
2133
2134     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2135     IRBuilder<> Builder(PBI);
2136
2137     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2138     if (InvertPredCond) {
2139       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2140
2141       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2142         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2143         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2144       } else {
2145         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2146                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2147       }
2148
2149       PBI->setCondition(NewCond);
2150       PBI->swapSuccessors();
2151     }
2152
2153     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2154     Instruction *NewBonus = 0;
2155     if (BonusInst) {
2156       NewBonus = BonusInst->clone();
2157
2158       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2159       // its potential value. The previous information might have been valid
2160       // only given the branch precondition.
2161       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2162       // semantics we don't understand.
2163       NewBonus->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
2164
2165       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2166       NewBonus->takeName(BonusInst);
2167       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2168     }
2169
2170     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2171     // two conditions together.
2172     Instruction *New = Cond->clone();
2173     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2174     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2175     New->takeName(Cond);
2176     Cond->setName(New->getName()+".old");
2177
2178     if (BI->isConditional()) {
2179       Instruction *NewCond =
2180         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2181                                             New, "or.cond"));
2182       PBI->setCondition(NewCond);
2183
2184       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2185       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2186                                                   PredFalseWeight);
2187       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2188                                                   SuccFalseWeight);
2189       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2190
2191       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2192         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2193           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2194           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2195           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2196           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2197           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2198           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2199           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2200           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2201           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2202                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2203         }
2204         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2205         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2206       }
2207       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2208         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2209           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2210           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2211           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2212           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2213           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2214               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2215           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2216           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2217         }
2218         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2219         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2220       }
2221       if (NewWeights.size() == 2) {
2222         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2223         FitWeights(NewWeights);
2224
2225         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2226         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2227                          MDBuilder(BI->getContext()).
2228                          createBranchWeights(MDWeights));
2229       } else
2230         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2231     } else {
2232       // Update PHI nodes in the common successors.
2233       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2234         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2235           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2236         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2237         Instruction *MergedCond = 0;
2238         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2239           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2240           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2241           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2242           Instruction *NotCond =
2243             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2244                                 "not.cond"));
2245           MergedCond =
2246             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2247                                 NotCond, New,
2248                                 "and.cond"));
2249           if (PBI_C->isOne())
2250             MergedCond =
2251               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2252                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2253                                   "or.cond"));
2254         } else {
2255           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2256           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2257           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2258           MergedCond =
2259             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2260                                 PBI->getCondition(), New,
2261                                 "and.cond"));
2262           if (PBI_C->isOne()) {
2263             Instruction *NotCond =
2264               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2265                                   "not.cond"));
2266             MergedCond =
2267               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2268                                   NotCond, MergedCond,
2269                                   "or.cond"));
2270           }
2271         }
2272         // Update PHI Node.
2273         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2274                                   MergedCond);
2275       }
2276       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2277       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2278       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2279       PBI = New_PBI;
2280     }
2281
2282     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2283     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2284
2285     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2286     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2287       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2288         I->clone()->insertBefore(PBI);
2289
2290     return true;
2291   }
2292   return false;
2293 }
2294
2295 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2296 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2297 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2298 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2299 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2300   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2301   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2302
2303   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2304   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2305   // this conditional branch redundant.
2306   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2307       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2308     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2309     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2310     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2311       // Turn this into a branch on constant.
2312       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2313       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2314                                         CondIsTrue));
2315       return true;  // Nuke the branch on constant.
2316     }
2317
2318     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2319     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2320     // simplifycfg will thread the block.
2321     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2322       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2323       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2324                                        std::distance(PB, PE),
2325                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2326                                        BB->begin());
2327       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2328       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2329       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2330       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2331         BasicBlock *P = *PI;
2332         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2333             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2334             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2335             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2336           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2337           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2338                                               CondIsTrue), P);
2339         } else {
2340           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2341         }
2342       }
2343
2344       BI->setCondition(NewPN);
2345       return true;
2346     }
2347   }
2348
2349   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2350   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2351   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2352   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2353   // Ignore dbg intrinsics.
2354   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2355     ++BBI;
2356   if (&*BBI != BI)
2357     return false;
2358
2359
2360   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2361     if (CE->canTrap())
2362       return false;
2363
2364   int PBIOp, BIOp;
2365   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2366     PBIOp = BIOp = 0;
2367   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2368     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2369   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2370     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2371   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2372     PBIOp = BIOp = 1;
2373   else
2374     return false;
2375
2376   // Check to make sure that the other destination of this branch
2377   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2378   // keep getting unwound.
2379   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2380     return false;
2381
2382   // Do not perform this transformation if it would require
2383   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2384   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2385   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2386
2387   unsigned NumPhis = 0;
2388   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2389        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2390     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2391       return false;
2392
2393   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2394   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2395
2396   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2397                << "AND: " << *BI->getParent());
2398
2399
2400   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2401   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2402   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2403   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2404   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2405   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2406   // infinite loop with no cond branch.
2407   if (OtherDest == BB) {
2408     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2409     // or it won't matter if it's hot. :)
2410     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2411                                                   "infloop", BB->getParent());
2412     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2413     OtherDest = InfLoopBlock;
2414   }
2415
2416   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2417
2418   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2419   // it alone, but modify PBI.
2420
2421   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2422   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2423   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2424   if (PBIOp)
2425     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2426
2427   Value *BICond = BI->getCondition();
2428   if (BIOp)
2429     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2430
2431   // Merge the conditions.
2432   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2433
2434   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2435   PBI->setCondition(Cond);
2436   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2437   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2438
2439   // Update branch weight for PBI.
2440   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2441   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2442                                               PredFalseWeight);
2443   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2444                                               SuccFalseWeight);
2445   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2446     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2447     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2448     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2449     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2450     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2451     //                                    PredOther * SuccCommon.
2452     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2453     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2454     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2455                          PredOther * SuccCommon);
2456     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2457     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2458     FitWeights(NewWeights);
2459
2460     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2461     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2462                      MDBuilder(BI->getContext()).
2463                      createBranchWeights(MDWeights));
2464   }
2465
2466   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2467   // block that are identical to the entries for BI's block.
2468   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2469
2470   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2471   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2472   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2473   // them agree.
2474   PHINode *PN;
2475   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2476        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2477     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2478     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2479     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2480     if (BIV != PBIV) {
2481       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2482       Value *NV = cast<SelectInst>
2483         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2484       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2485     }
2486   }
2487
2488   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2489   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2490
2491   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2492   // one fewer predecessor.
2493   return true;
2494 }
2495
2496 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2497 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2498 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2499 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2500 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2501 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2502                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2503                                        uint32_t TrueWeight,
2504                                        uint32_t FalseWeight){
2505   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2506   // First, figure out which successors to preserve.
2507   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2508   // successor.
2509   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2510   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2511
2512   // Then remove the rest.
2513   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2514     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2515     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2516     if (Succ == KeepEdge1)
2517       KeepEdge1 = 0;
2518     else if (Succ == KeepEdge2)
2519       KeepEdge2 = 0;
2520     else
2521       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2522   }
2523
2524   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2525   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2526
2527   // Insert an appropriate new terminator.
2528   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2529     if (TrueBB == FalseBB)
2530       // We were only looking for one successor, and it was present.
2531       // Create an unconditional branch to it.
2532       Builder.CreateBr(TrueBB);
2533     else {
2534       // We found both of the successors we were looking for.
2535       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2536       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2537       if (TrueWeight != FalseWeight)
2538         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2539                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2540                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2541     }
2542   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2543     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2544     // terminator must be unreachable.
2545     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2546   } else {
2547     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2548     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2549     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2550     if (KeepEdge1 == 0)
2551       // Only TrueBB was found.
2552       Builder.CreateBr(TrueBB);
2553     else
2554       // Only FalseBB was found.
2555       Builder.CreateBr(FalseBB);
2556   }
2557
2558   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2559   return true;
2560 }
2561
2562 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2563 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2564 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2565 // unconditional otherwise.
2566 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2567   // Check for constant integer values in the select.
2568   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2569   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2570   if (!TrueVal || !FalseVal)
2571     return false;
2572
2573   // Find the relevant condition and destinations.
2574   Value *Condition = Select->getCondition();
2575   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2576   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2577
2578   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2579   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2580   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2581   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2582   if (HasWeights) {
2583     GetBranchWeights(SI, Weights);
2584     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2585       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2586                                      getSuccessorIndex()];
2587       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2588                                       getSuccessorIndex()];
2589     }
2590   }
2591
2592   // Perform the actual simplification.
2593   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2594                                     TrueWeight, FalseWeight);
2595 }
2596
2597 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2598 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2599 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2600 // with
2601 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2602 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2603   // Check that both operands of the select are block addresses.
2604   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2605   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2606   if (!TBA || !FBA)
2607     return false;
2608
2609   // Extract the actual blocks.
2610   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2611   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2612
2613   // Perform the actual simplification.
2614   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2615                                     0, 0);
2616 }
2617
2618 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2619 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2620 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2621 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2622 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2623 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2624 /// like:
2625 ///
2626 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2627 /// DEFAULT:
2628 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2629 ///   br label %end
2630 /// end:
2631 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2632 ///
2633 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2634 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2635 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2636     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2637     const DataLayout *TD) {
2638   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2639
2640   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2641   // complex.
2642   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2643
2644   Value *V = ICI->getOperand(0);
2645   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2646
2647   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2648   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2649   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2650   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2651   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2652
2653   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2654   if (SI->getCondition() != V)
2655     return false;
2656
2657   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2658   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2659   // away.
2660   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2661     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2662     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2663     ICI->setOperand(0, VVal);
2664
2665     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2666       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2667       ICI->eraseFromParent();
2668     }
2669     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2670     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2671   }
2672
2673   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2674   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2675   // and zap it.
2676   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2677     Value *V;
2678     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2679       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2680     else
2681       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2682
2683     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2684     ICI->eraseFromParent();
2685     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2686     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2687   }
2688
2689   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2690   // the block.
2691   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2692   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2693   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2694       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2695     return false;
2696
2697   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2698   // true in the PHI.
2699   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2700   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2701
2702   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2703     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2704
2705   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2706   // false depending on if it is EQ or NE.
2707   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2708   ICI->eraseFromParent();
2709
2710   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2711   // the switch to the merge point on the compared value.
2712   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2713                                          BB->getParent(), BB);
2714   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2715   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2716   if (HasWeights) {
2717     GetBranchWeights(SI, Weights);
2718     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2719       // Split weight for default case to case for "Cst".
2720       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2721       Weights.push_back(Weights[0]);
2722
2723       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2724       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2725                       MDBuilder(SI->getContext()).
2726                       createBranchWeights(MDWeights));
2727     }
2728   }
2729   SI->addCase(Cst, NewBB);
2730
2731   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2732   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2733   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2734   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2735   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2736   return true;
2737 }
2738
2739 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2740 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2741 /// fold it into a switch instruction if so.
2742 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2743                                       IRBuilder<> &Builder) {
2744   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2745   if (Cond == 0) return false;
2746
2747
2748   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2749   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2750   // 'setne's and'ed together, collect them.
2751   Value *CompVal = 0;
2752   std::vector<ConstantInt*> Values;
2753   bool TrueWhenEqual = true;
2754   Value *ExtraCase = 0;
2755   unsigned UsedICmps = 0;
2756
2757   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2758     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2759                                      UsedICmps);
2760   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2761     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2762                                      UsedICmps);
2763     TrueWhenEqual = false;
2764   }
2765
2766   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2767   if (CompVal == 0) return false;
2768
2769   // Avoid turning single icmps into a switch.
2770   if (UsedICmps <= 1)
2771     return false;
2772
2773   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2774   // instruction can't handle, remove them now.
2775   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2776   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2777
2778   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2779   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2780   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2781
2782   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2783   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2784
2785   // Figure out which block is which destination.
2786   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2787   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2788   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2789
2790   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2791
2792   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2793                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2794
2795   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2796   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2797   // right before the condbr to handle it.
2798   if (ExtraCase) {
2799     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2800     // Remove the uncond branch added to the old block.
2801     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2802     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2803
2804     if (TrueWhenEqual)
2805       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2806     else
2807       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2808
2809     OldTI->eraseFromParent();
2810
2811     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2812     // for the edge we just added.
2813     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2814
2815     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2816           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2817     BB = NewBB;
2818   }
2819
2820   Builder.SetInsertPoint(BI);
2821   // Convert pointer to int before we switch.
2822   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2823     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2824     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2825                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getType()),
2826                                      "magicptr");
2827   }
2828
2829   // Create the new switch instruction now.
2830   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2831
2832   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2833   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2834     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2835
2836   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2837   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2838   // the number of edges added.
2839   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2840        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2841     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2842     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2843     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2844       PN->addIncoming(InVal, BB);
2845   }
2846
2847   // Erase the old branch instruction.
2848   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2849
2850   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2851   return true;
2852 }
2853
2854 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2855   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2856   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2857   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2858   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2859   if (RI->getValue() != LPInst)
2860     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2861     // caused control to branch here.
2862     return false;
2863
2864   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2865   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2866   while (++I != E)
2867     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2868       return false;
2869
2870   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2871   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2872   bool Changed = false;
2873   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2874     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2875
2876     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2877       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2878       // the table.
2879       InvokeRequiresTableEntry = true;
2880       continue;
2881     }
2882
2883     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2884
2885     // Insert a call instruction before the invoke.
2886     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2887     Call->takeName(II);
2888     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2889     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2890     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2891
2892     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2893     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2894     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2895     // updated.
2896     II->replaceAllUsesWith(Call);
2897     BB->removePredecessor(II->getParent());
2898
2899     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2900     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2901
2902     // Finally, delete the invoke instruction!
2903     II->eraseFromParent();
2904     Changed = true;
2905   }
2906
2907   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2908     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2909     BB->eraseFromParent();
2910
2911   return Changed;
2912 }
2913
2914 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2915   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2916   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2917
2918   // Find predecessors that end with branches.
2919   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2920   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2921   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2922     BasicBlock *P = *PI;
2923     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2924     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2925       if (BI->isUnconditional())
2926         UncondBranchPreds.push_back(P);
2927       else
2928         CondBranchPreds.push_back(BI);
2929     }
2930   }
2931
2932   // If we found some, do the transformation!
2933   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2934     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2935       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2936       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2937             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2938       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2939     }
2940
2941     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2942     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2943       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2944       BB->eraseFromParent();
2945
2946     return true;
2947   }
2948
2949   // Check out all of the conditional branches going to this return
2950   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2951   // branch itself into a select/return pair.
2952   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2953     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2954
2955     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2956     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2957         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2958         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2959       return true;
2960   }
2961   return false;
2962 }
2963
2964 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2965   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2966
2967   bool Changed = false;
2968
2969   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2970   // be removed, do so.
2971   while (UI != BB->begin()) {
2972     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2973     --BBI;
2974     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2975     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2976     // operations may have this effect.
2977     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2978
2979     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2980       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2981         if (SI->isVolatile())
2982           break;
2983       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2984         if (LI->isVolatile())
2985           break;
2986       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2987         if (RMWI->isVolatile())
2988           break;
2989       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2990         if (CXI->isVolatile())
2991           break;
2992       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2993                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2994         break;
2995       }
2996       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2997       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2998       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2999       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3000     }
3001
3002     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3003     if (!BBI->use_empty())
3004       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3005     BBI->eraseFromParent();
3006     Changed = true;
3007   }
3008
3009   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3010   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3011   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3012
3013   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3014   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3015     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3016     IRBuilder<> Builder(TI);
3017     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3018       if (BI->isUnconditional()) {
3019         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3020           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3021           TI->eraseFromParent();
3022           Changed = true;
3023         }
3024       } else {
3025         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3026           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3027           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3028         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3029           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3030           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3031           Changed = true;
3032         }
3033       }
3034     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3035       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3036            i != e; ++i)
3037         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3038           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3039           SI->removeCase(i);
3040           --i; --e;
3041           Changed = true;
3042         }
3043       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3044       // destination and make it the default.
3045       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3046         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3047         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3048              i != e; ++i) {
3049           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3050               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3051           if (entry.first == 0) {
3052             entry.first = 1;
3053             entry.second = i.getCaseIndex();
3054           } else {
3055             entry.first++;
3056           }
3057         }
3058
3059         // Find the most popular block.
3060         unsigned MaxPop = 0;
3061         unsigned MaxIndex = 0;
3062         BasicBlock *MaxBlock = 0;
3063         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3064              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3065           if (I->second.first > MaxPop ||
3066               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3067             MaxPop = I->second.first;
3068             MaxIndex = I->second.second;
3069             MaxBlock = I->first;
3070           }
3071         }
3072         if (MaxBlock) {
3073           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3074           // edges to it.
3075           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3076           Changed = true;
3077
3078           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3079           // it.
3080           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3081             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3082               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3083
3084           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3085                i != e; ++i)
3086             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3087               SI->removeCase(i);
3088               --i; --e;
3089             }
3090         }
3091       }
3092     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3093       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3094         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3095         // place to note that the call does not throw though.
3096         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3097         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3098
3099         // Insert the call now...
3100         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3101         Builder.SetInsertPoint(BI);
3102         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3103                                           Args, II->getName());
3104         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3105         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3106         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3107         II->replaceAllUsesWith(CI);
3108         delete II;
3109         Changed = true;
3110       }
3111     }
3112   }
3113
3114   // If this block is now dead, remove it.
3115   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3116       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3117     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3118     BB->eraseFromParent();
3119     return true;
3120   }
3121
3122   return Changed;
3123 }
3124
3125 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3126 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3127 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3128   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3129
3130   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3131   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3132   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3133   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3134   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3135   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3136     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3137       return false;
3138     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3139   }
3140   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3141
3142   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3143   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3144   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3145     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3146       return false;
3147   }
3148
3149   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3150   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3151
3152   Value *Sub = SI->getCondition();
3153   if (!Offset->isNullValue())
3154     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3155   Value *Cmp;
3156   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3157   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3158     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3159   else
3160     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3161   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3162       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3163
3164   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3165   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3166   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3167   if (HasWeights) {
3168     GetBranchWeights(SI, Weights);
3169     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3170       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3171       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3172       // bits.
3173       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3174       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3175         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3176       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3177                          MDBuilder(SI->getContext()).
3178                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3179                                              (uint32_t)Weights[0]));
3180     }
3181   }
3182
3183   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3184   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3185        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3186     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3187       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3188   }
3189   SI->eraseFromParent();
3190
3191   return true;
3192 }
3193
3194 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3195 /// and use it to remove dead cases.
3196 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3197   Value *Cond = SI->getCondition();
3198   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3199   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3200   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3201
3202   // Gather dead cases.
3203   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3204   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3205     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3206         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3207       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3208       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3209                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3210     }
3211   }
3212
3213   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3214   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3215   if (HasWeight) {
3216     GetBranchWeights(SI, Weights);
3217     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3218   }
3219
3220   // Remove dead cases from the switch.
3221   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3222     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3223     assert(Case != SI->case_default() &&
3224            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3225     if (HasWeight) {
3226       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3227       Weights.pop_back();
3228     }
3229
3230     // Prune unused values from PHI nodes.
3231     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3232     SI->removeCase(Case);
3233   }
3234   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3235     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3236     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3237                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3238                     createBranchWeights(MDWeights));
3239   }
3240
3241   return !DeadCases.empty();
3242 }
3243
3244 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3245 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3246 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3247 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3248 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3249 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3250                                               BasicBlock *BB,
3251                                               int *PhiIndex) {
3252   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3253     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3254   if (!BB->getSinglePredecessor())
3255     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3256
3257   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3258   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3259     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3260
3261   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3262
3263   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3264   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3265     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3266     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3267
3268     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3269     if (InValue != CaseValue) continue;
3270
3271     *PhiIndex = Idx;
3272     return PHI;
3273   }
3274
3275   return NULL;
3276 }
3277
3278 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3279 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3280 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3281 /// Returns true if a change is made.
3282 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3283   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3284   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3285
3286   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3287     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3288     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3289
3290     int PhiIndex;
3291     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3292                                                  &PhiIndex);
3293     if (!PHI) continue;
3294
3295     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3296   }
3297
3298   bool Changed = false;
3299
3300   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3301        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3302     PHINode *Phi = I->first;
3303     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3304
3305     if (Indexes.size() < 2) continue;
3306
3307     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3308       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3309     Changed = true;
3310   }
3311
3312   return Changed;
3313 }
3314
3315 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3316 /// initializing an array of constants like C.
3317 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3318   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3319     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3320
3321   return isa<ConstantFP>(C) ||
3322       isa<ConstantInt>(C) ||
3323       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3324       isa<GlobalValue>(C) ||
3325       isa<UndefValue>(C);
3326 }
3327
3328 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3329 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3330 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3331                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3332   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3333     return C;
3334   return ConstantPool.lookup(V);
3335 }
3336
3337 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3338 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3339 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3340 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3341 static Constant *
3342 ConstantFold(Instruction *I,
3343              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool,
3344              const DataLayout *DL) {
3345   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3346     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3347     if (!A)
3348       return 0;
3349     if (A->isAllOnesValue())
3350       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3351     if (A->isNullValue())
3352       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3353     return 0;
3354   }
3355
3356   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3357   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3358     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3359       COps.push_back(A);
3360     else
3361       return 0;
3362   }
3363
3364   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I))
3365     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3366                                            COps[1], DL);
3367
3368   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
3369 }
3370
3371 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3372 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3373 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3374 /// case), of a switch instruction SI.
3375 static bool
3376 GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3377                ConstantInt *CaseVal,
3378                BasicBlock *CaseDest,
3379                BasicBlock **CommonDest,
3380                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *> > &Res,
3381                const DataLayout *DL) {
3382   // The block from which we enter the common destination.
3383   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3384
3385   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3386   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3387   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3388   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3389   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3390        ++I) {
3391     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3392       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3393       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3394         return false;
3395       Pred = CaseDest;
3396       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3397     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3398       // Skip debug intrinsic.
3399       continue;
3400     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool, DL)) {
3401       // Instruction is side-effect free and constant.
3402       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3403     } else {
3404       break;
3405     }
3406   }
3407
3408   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3409   if (!*CommonDest)
3410     *CommonDest = CaseDest;
3411   // If the destination isn't the common one, abort.
3412   if (CaseDest != *CommonDest)
3413     return false;
3414
3415   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3416   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3417   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3418     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3419     if (Idx == -1)
3420       continue;
3421
3422     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3423                                         ConstantPool);
3424     if (!ConstVal)
3425       return false;
3426
3427     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3428     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3429     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3430     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3431     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3432
3433     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3434     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3435       return false;
3436
3437     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3438   }
3439
3440   return Res.size() > 0;
3441 }
3442
3443 namespace {
3444   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3445   /// to replace a switch.
3446   class SwitchLookupTable {
3447   public:
3448     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3449     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3450     /// table.
3451     SwitchLookupTable(Module &M,
3452                       uint64_t TableSize,
3453                       ConstantInt *Offset,
3454              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3455                       Constant *DefaultValue,
3456                       const DataLayout *TD);
3457
3458     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3459     /// the position given by Index in the lookup table.
3460     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3461
3462     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3463     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3464     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3465                                    uint64_t TableSize,
3466                                    const Type *ElementType);
3467
3468   private:
3469     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3470     // different ways.
3471     enum {
3472       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3473       // store that single value and return it for each lookup.
3474       SingleValueKind,
3475
3476       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3477       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3478       // shift and mask operations.
3479       BitMapKind,
3480
3481       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3482       // instructions from the table.
3483       ArrayKind
3484     } Kind;
3485
3486     // For SingleValueKind, this is the single value.
3487     Constant *SingleValue;
3488
3489     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3490     ConstantInt *BitMap;
3491     IntegerType *BitMapElementTy;
3492
3493     // For ArrayKind, this is the array.
3494     GlobalVariable *Array;
3495   };
3496 }
3497
3498 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3499                                      uint64_t TableSize,
3500                                      ConstantInt *Offset,
3501              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3502                                      Constant *DefaultValue,
3503                                      const DataLayout *TD)
3504     : SingleValue(0), BitMap(0), BitMapElementTy(0), Array(0) {
3505   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3506   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3507
3508   // If all values in the table are equal, this is that value.
3509   SingleValue = Values.begin()->second;
3510
3511   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
3512
3513   // Build up the table contents.
3514   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3515   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3516     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3517     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3518     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
3519
3520     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3521                    .getLimitedValue();
3522     TableContents[Idx] = CaseRes;
3523
3524     if (CaseRes != SingleValue)
3525       SingleValue = 0;
3526   }
3527
3528   // Fill in any holes in the table with the default result.
3529   if (Values.size() < TableSize) {
3530     assert(DefaultValue && "Need a default value to fill the lookup table holes.");
3531     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
3532     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3533       if (!TableContents[I])
3534         TableContents[I] = DefaultValue;
3535     }
3536
3537     if (DefaultValue != SingleValue)
3538       SingleValue = 0;
3539   }
3540
3541   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3542   // that single value.
3543   if (SingleValue) {
3544     Kind = SingleValueKind;
3545     return;
3546   }
3547
3548   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3549   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, ValueType)) {
3550     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
3551     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3552     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3553       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3554       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3555       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3556         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3557         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3558       }
3559     }
3560     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3561     BitMapElementTy = IT;
3562     Kind = BitMapKind;
3563     ++NumBitMaps;
3564     return;
3565   }
3566
3567   // Store the table in an array.
3568   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
3569   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3570
3571   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3572                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3573                              Initializer,
3574                              "switch.table");
3575   Array->setUnnamedAddr(true);
3576   Kind = ArrayKind;
3577 }
3578
3579 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3580   switch (Kind) {
3581     case SingleValueKind:
3582       return SingleValue;
3583     case BitMapKind: {
3584       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3585       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3586
3587       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3588       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3589       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3590       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3591
3592       // Multiply the shift amount by the element width.
3593       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3594                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3595                                    "switch.shiftamt");
3596
3597       // Shift down.
3598       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3599                                               "switch.downshift");
3600       // Mask off.
3601       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3602                                  "switch.masked");
3603     }
3604     case ArrayKind: {
3605       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3606       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3607                                              "switch.gep");
3608       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3609     }
3610   }
3611   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3612 }
3613
3614 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3615                                            uint64_t TableSize,
3616                                            const Type *ElementType) {
3617   if (!TD)
3618     return false;
3619   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3620   if (!IT)
3621     return false;
3622   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3623   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3624
3625   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3626   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3627     return false;
3628   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3629 }
3630
3631 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3632 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3633 /// types of the results.
3634 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3635                                    uint64_t TableSize,
3636                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3637                                    const DataLayout *TD,
3638                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3639   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3640     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3641
3642   bool AllTablesFitInRegister = true;
3643   bool HasIllegalType = false;
3644   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3645        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3646     Type *Ty = I->second;
3647
3648     // Saturate this flag to true.
3649     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3650
3651     // Saturate this flag to false.
3652     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3653       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, Ty);
3654
3655     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3656     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3657     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3658     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3659       break;
3660   }
3661
3662   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3663   if (AllTablesFitInRegister)
3664     return true;
3665
3666   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3667   if (HasIllegalType)
3668     return false;
3669
3670   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3671   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3672   // FIXME: Find the best cut-off.
3673   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3674 }
3675
3676 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3677 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3678 /// replace the switch with lookup tables.
3679 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3680                                 IRBuilder<> &Builder,
3681                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3682                                 const DataLayout* TD) {
3683   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3684
3685   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3686   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3687     return false;
3688
3689   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3690   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3691
3692   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3693   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3694   // string and lookup indices into that.
3695
3696   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
3697   // faster, so we don't analyze them.
3698   if (SI->getNumCases() < 3)
3699     return false;
3700
3701   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3702   // common destination, as well as the the min and max case values.
3703   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3704   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3705   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3706   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3707
3708   BasicBlock *CommonDest = 0;
3709   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3710   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3711   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3712   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3713   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3714
3715   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3716     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3717     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3718       MinCaseVal = CaseVal;
3719     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3720       MaxCaseVal = CaseVal;
3721
3722     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3723     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3724     ResultsTy Results;
3725     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3726                         Results, TD))
3727       return false;
3728
3729     // Append the result from this case to the list for each phi.
3730     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3731       if (!ResultLists.count(I->first))
3732         PHIs.push_back(I->first);
3733       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3734     }
3735   }
3736
3737   // Keep track of the result types.
3738   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3739     PHINode *PHI = PHIs[I];
3740     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
3741   }
3742
3743   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
3744   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3745   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3746   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
3747
3748   // If the table has holes, we need a constant result for the default case.
3749   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3750   if (TableHasHoles && !GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3751                                        DefaultResultsList, TD))
3752     return false;
3753
3754   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3755     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3756     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3757     DefaultResults[PHI] = Result;
3758   }
3759
3760   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, TD, ResultTypes))
3761     return false;
3762
3763   // Create the BB that does the lookups.
3764   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3765   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3766                                             "switch.lookup",
3767                                             CommonDest->getParent(),
3768                                             CommonDest);
3769
3770   // Compute the table index value.
3771   Builder.SetInsertPoint(SI);
3772   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3773                                         "switch.tableidx");
3774
3775   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
3776   // switching upon.
3777   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
3778   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
3779   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
3780          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
3781          "representable value of its input integer type's size.");
3782
3783   // If we have a fully covered lookup table, unconditionally branch to the
3784   // lookup table BB. Otherwise, check if the condition value is within the case
3785   // range. If it is so, branch to the new BB. Otherwise branch to SI's default
3786   // destination.
3787   const bool GeneratingCoveredLookupTable = MaxTableSize == TableSize;
3788   if (GeneratingCoveredLookupTable) {
3789     Builder.CreateBr(LookupBB);
3790     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent());
3791   } else {
3792     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3793                                          MinCaseVal->getType(), TableSize));
3794     Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3795   }
3796
3797   // Populate the BB that does the lookups.
3798   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3799   bool ReturnedEarly = false;
3800   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3801     PHINode *PHI = PHIs[I];
3802
3803     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3804                             DefaultResults[PHI], TD);
3805
3806     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3807
3808     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3809     // do that right here.
3810     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3811         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3812       Builder.CreateRet(Result);
3813       ReturnedEarly = true;
3814       break;
3815     }
3816
3817     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3818   }
3819
3820   if (!ReturnedEarly)
3821     Builder.CreateBr(CommonDest);
3822
3823   // Remove the switch.
3824   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3825     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3826
3827     if (Succ == SI->getDefaultDest())
3828       continue;
3829     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3830   }
3831   SI->eraseFromParent();
3832
3833   ++NumLookupTables;
3834   return true;
3835 }
3836
3837 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3838   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3839
3840   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3841     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3842     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3843     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3844       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3845         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3846
3847     Value *Cond = SI->getCondition();
3848     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3849       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3850         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3851
3852     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3853     // away into any preds.
3854     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3855     // Ignore dbg intrinsics.
3856     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3857       ++BBI;
3858     if (SI == &*BBI)
3859       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3860         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3861   }
3862
3863   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3864   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3865     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3866
3867   // Remove unreachable cases.
3868   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3869     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3870
3871   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3872     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3873
3874   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, TD))
3875     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3876
3877   return false;
3878 }
3879
3880 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3881   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3882   bool Changed = false;
3883
3884   // Eliminate redundant destinations.
3885   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3886   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3887     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3888     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3889       Dest->removePredecessor(BB);
3890       IBI->removeDestination(i);
3891       --i; --e;
3892       Changed = true;
3893     }
3894   }
3895
3896   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3897     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3898     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3899     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3900     return true;
3901   }
3902
3903   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3904     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3905     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3906     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3907     return true;
3908   }
3909
3910   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3911     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3912       return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3913   }
3914   return Changed;
3915 }
3916
3917 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3918   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3919
3920   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3921     return true;
3922
3923   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3924   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3925   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3926       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3927     return true;
3928
3929   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3930   // against a constant, try to simplify the block.
3931   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3932     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3933       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3934         ;
3935       if (I->isTerminator() &&
3936           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, TD))
3937         return true;
3938     }
3939
3940   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3941   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3942   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3943   // for PHI nodes in common successor.
3944   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3945     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3946   return false;
3947 }
3948
3949
3950 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3951   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3952
3953   // Conditional branch
3954   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3955     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3956     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3957     // switch.
3958     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3959       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3960         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3961
3962     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3963     // Ignore dbg intrinsics.
3964     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3965     // Ignore dbg intrinsics.
3966     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3967       ++I;
3968     if (&*I == BI) {
3969       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3970         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3971     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3972       ++I;
3973       // Ignore dbg intrinsics.
3974       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3975         ++I;
3976       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3977         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3978     }
3979   }
3980
3981   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3982   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3983     return true;
3984
3985   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3986   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3987   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3988   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3989     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3990
3991   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3992   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3993   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3994   // can hoist it up to the branching block.
3995   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3996     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3997       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3998         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3999     } else {
4000       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4001       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
4002       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4003       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4004           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4005         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
4006           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4007     }
4008   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
4009     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4010     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
4011     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4012     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4013         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4014       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
4015         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4016   }
4017
4018   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4019   // through this block if any PHI node entries are constants.
4020   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4021     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4022       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
4023         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4024
4025   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4026   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4027     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4028       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4029         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4030           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4031
4032   return false;
4033 }
4034
4035 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4036 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4037   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4038   if (!C)
4039     return false;
4040
4041   if (I->use_empty())
4042     return false;
4043
4044   if (C->isNullValue()) {
4045     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4046     User *Use = *I->use_begin();
4047
4048     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4049     // control flow (eg. calls)
4050     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4051       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4052         return false;
4053
4054     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4055     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4056       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4057         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4058
4059     // Look through bitcasts.
4060     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4061       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4062
4063     // Load from null is undefined.
4064     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4065       if (!LI->isVolatile())
4066         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4067
4068     // Store to null is undefined.
4069     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4070       if (!SI->isVolatile())
4071         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4072   }
4073   return false;
4074 }
4075
4076 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4077 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4078 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4079   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4080        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4081     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4082       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4083         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4084         IRBuilder<> Builder(T);
4085         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4086           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4087           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4088           // destination from conditional branches.
4089           if (BI->isUnconditional())
4090             Builder.CreateUnreachable();
4091           else
4092             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4093                                                          BI->getSuccessor(0));
4094           BI->eraseFromParent();
4095           return true;
4096         }
4097         // TODO: SwitchInst.
4098       }
4099
4100   return false;
4101 }
4102
4103 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4104   bool Changed = false;
4105
4106   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4107   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4108
4109   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4110   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4111   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4112        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4113       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4114     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4115     DeleteDeadBlock(BB);
4116     return true;
4117   }
4118
4119   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4120   // away...
4121   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4122
4123   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4124   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4125
4126   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4127   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4128
4129   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4130   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4131   // if there are no PHI nodes.
4132   //
4133   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4134     return true;
4135
4136   IRBuilder<> Builder(BB);
4137
4138   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4139   // eliminate it, do so now.
4140   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4141     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4142       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
4143
4144   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4145   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4146     if (BI->isUnconditional()) {
4147       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4148     } else {
4149       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4150     }
4151   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4152     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4153   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4154     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4155   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4156     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4157   } else if (UnreachableInst *UI =
4158                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4159     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4160   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4161                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4162     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4163   }
4164
4165   return Changed;
4166 }
4167
4168 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4169 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4170 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4171 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4172 ///
4173 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4174                        const DataLayout *TD) {
4175   return SimplifyCFGOpt(TTI, TD).run(BB);
4176 }