[IR] Add support for empty tokens
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / MergeFunctions.cpp
index 3a287e0f21852b7c09cfeed6df3a4ec75089ecf5..bb75ab6ece16aa0b3c3e94025dc8e0d949a65b61 100644 (file)
@@ -9,13 +9,32 @@
 //
 // This pass looks for equivalent functions that are mergable and folds them.
 //
-// A hash is computed from the function, based on its type and number of
-// basic blocks.
+// Order relation is defined on set of functions. It was made through
+// special function comparison procedure that returns
+// 0 when functions are equal,
+// -1 when Left function is less than right function, and
+// 1 for opposite case. We need total-ordering, so we need to maintain
+// four properties on the functions set:
+// a <= a (reflexivity)
+// if a <= b and b <= a then a = b (antisymmetry)
+// if a <= b and b <= c then a <= c (transitivity).
+// for all a and b: a <= b or b <= a (totality).
 //
-// Once all hashes are computed, we perform an expensive equality comparison
-// on each function pair. This takes n^2/2 comparisons per bucket, so it's
-// important that the hash function be high quality. The equality comparison
-// iterates through each instruction in each basic block.
+// Comparison iterates through each instruction in each basic block.
+// Functions are kept on binary tree. For each new function F we perform
+// lookup in binary tree.
+// In practice it works the following way:
+// -- We define Function* container class with custom "operator<" (FunctionPtr).
+// -- "FunctionPtr" instances are stored in std::set collection, so every
+//    std::set::insert operation will give you result in log(N) time.
+// 
+// As an optimization, a hash of the function structure is calculated first, and
+// two functions are only compared if they have the same hash. This hash is
+// cheap to compute, and has the property that if function F == G according to
+// the comparison function, then hash(F) == hash(G). This consistency property
+// is critical to ensuring all possible merging opportunities are exploited.
+// Collisions in the hash affect the speed of the pass but not the correctness
+// or determinism of the resulting transformation.
 //
 // When a match is found the functions are folded. If both functions are
 // overridable, we move the functionality into a new internal function and
@@ -31,9 +50,6 @@
 // the object they belong to. However, as long as it's only used for a lookup
 // and call, this is irrelevant, and we'd like to fold such functions.
 //
-// * switch from n^2 pair-wise comparisons to an n-way comparison for each
-// bucket.
-//
 // * be smarter about bitcasts.
 //
 // In order to fold functions, we will sometimes add either bitcast instructions
 // analysis since the two functions differ where one has a bitcast and the
 // other doesn't. We should learn to look through bitcasts.
 //
+// * Compare complex types with pointer types inside.
+// * Compare cross-reference cases.
+// * Compare complex expressions.
+//
+// All the three issues above could be described as ability to prove that
+// fA == fB == fC == fE == fF == fG in example below:
+//
+//  void fA() {
+//    fB();
+//  }
+//  void fB() {
+//    fA();
+//  }
+//
+//  void fE() {
+//    fF();
+//  }
+//  void fF() {
+//    fG();
+//  }
+//  void fG() {
+//    fE();
+//  }
+//
+// Simplest cross-reference case (fA <--> fB) was implemented in previous
+// versions of MergeFunctions, though it presented only in two function pairs
+// in test-suite (that counts >50k functions)
+// Though possibility to detect complex cross-referencing (e.g.: A->B->C->D->A)
+// could cover much more cases.
+//
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
@@ -49,6 +95,7 @@
 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/Hashing.h"
 #include "llvm/IR/CallSite.h"
 #include "llvm/IR/Constants.h"
 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
 #include "llvm/IR/Module.h"
 #include "llvm/IR/Operator.h"
 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
+#include "llvm/IR/ValueMap.h"
 #include "llvm/Pass.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include <vector>
+
 using namespace llvm;
 
 #define DEBUG_TYPE "mergefunc"
@@ -73,91 +123,52 @@ STATISTIC(NumThunksWritten, "Number of thunks generated");
 STATISTIC(NumAliasesWritten, "Number of aliases generated");
 STATISTIC(NumDoubleWeak, "Number of new functions created");
 
-/// Returns the type id for a type to be hashed. We turn pointer types into
-/// integers here because the actual compare logic below considers pointers and
-/// integers of the same size as equal.
-static Type::TypeID getTypeIDForHash(Type *Ty) {
-  if (Ty->isPointerTy())
-    return Type::IntegerTyID;
-  return Ty->getTypeID();
-}
-
-/// Creates a hash-code for the function which is the same for any two
-/// functions that will compare equal, without looking at the instructions
-/// inside the function.
-static unsigned profileFunction(const Function *F) {
-  FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
-
-  FoldingSetNodeID ID;
-  ID.AddInteger(F->size());
-  ID.AddInteger(F->getCallingConv());
-  ID.AddBoolean(F->hasGC());
-  ID.AddBoolean(FTy->isVarArg());
-  ID.AddInteger(getTypeIDForHash(FTy->getReturnType()));
-  for (unsigned i = 0, e = FTy->getNumParams(); i != e; ++i)
-    ID.AddInteger(getTypeIDForHash(FTy->getParamType(i)));
-  return ID.ComputeHash();
-}
+static cl::opt<unsigned> NumFunctionsForSanityCheck(
+    "mergefunc-sanity",
+    cl::desc("How many functions in module could be used for "
+             "MergeFunctions pass sanity check. "
+             "'0' disables this check. Works only with '-debug' key."),
+    cl::init(0), cl::Hidden);
 
 namespace {
 
-/// ComparableFunction - A struct that pairs together functions with a
-/// DataLayout so that we can keep them together as elements in the DenseSet.
-class ComparableFunction {
-public:
-  static const ComparableFunction EmptyKey;
-  static const ComparableFunction TombstoneKey;
-  static DataLayout * const LookupOnly;
-
-  ComparableFunction(Function *Func, const DataLayout *DL)
-    : Func(Func), Hash(profileFunction(Func)), DL(DL) {}
-
-  Function *getFunc() const { return Func; }
-  unsigned getHash() const { return Hash; }
-  const DataLayout *getDataLayout() const { return DL; }
-
-  // Drops AssertingVH reference to the function. Outside of debug mode, this
-  // does nothing.
-  void release() {
-    assert(Func &&
-           "Attempted to release function twice, or release empty/tombstone!");
-    Func = nullptr;
-  }
-
-private:
-  explicit ComparableFunction(unsigned Hash)
-    : Func(nullptr), Hash(Hash), DL(nullptr) {}
-
-  AssertingVH<Function> Func;
-  unsigned Hash;
-  const DataLayout *DL;
-};
-
-const ComparableFunction ComparableFunction::EmptyKey = ComparableFunction(0);
-const ComparableFunction ComparableFunction::TombstoneKey =
-    ComparableFunction(1);
-DataLayout *const ComparableFunction::LookupOnly = (DataLayout*)(-1);
-
-}
-
-namespace llvm {
-  template <>
-  struct DenseMapInfo<ComparableFunction> {
-    static ComparableFunction getEmptyKey() {
-      return ComparableFunction::EmptyKey;
-    }
-    static ComparableFunction getTombstoneKey() {
-      return ComparableFunction::TombstoneKey;
+/// GlobalNumberState assigns an integer to each global value in the program,
+/// which is used by the comparison routine to order references to globals. This
+/// state must be preserved throughout the pass, because Functions and other
+/// globals need to maintain their relative order. Globals are assigned a number
+/// when they are first visited. This order is deterministic, and so the
+/// assigned numbers are as well. When two functions are merged, neither number
+/// is updated. If the symbols are weak, this would be incorrect. If they are
+/// strong, then one will be replaced at all references to the other, and so
+/// direct callsites will now see one or the other symbol, and no update is
+/// necessary. Note that if we were guaranteed unique names, we could just
+/// compare those, but this would not work for stripped bitcodes or for those
+/// few symbols without a name.
+class GlobalNumberState {
+  struct Config : ValueMapConfig<GlobalValue*> {
+    enum { FollowRAUW = false };
+  };
+  // Each GlobalValue is mapped to an identifier. The Config ensures when RAUW
+  // occurs, the mapping does not change. Tracking changes is unnecessary, and
+  // also problematic for weak symbols (which may be overwritten).
+  typedef ValueMap<GlobalValue *, uint64_t, Config> ValueNumberMap;
+  ValueNumberMap GlobalNumbers;
+  // The next unused serial number to assign to a global.
+  uint64_t NextNumber;
+  public:
+    GlobalNumberState() : GlobalNumbers(), NextNumber(0) {}
+    uint64_t getNumber(GlobalValue* Global) {
+      ValueNumberMap::iterator MapIter;
+      bool Inserted;
+      std::tie(MapIter, Inserted) = GlobalNumbers.insert({Global, NextNumber});
+      if (Inserted)
+        NextNumber++;
+      return MapIter->second;
     }
-    static unsigned getHashValue(const ComparableFunction &CF) {
-      return CF.getHash();
+    void clear() {
+      GlobalNumbers.clear();
     }
-    static bool isEqual(const ComparableFunction &LHS,
-                        const ComparableFunction &RHS);
-  };
-}
-
-namespace {
+};
 
 /// FunctionComparator - Compares two functions to determine whether or not
 /// they will generate machine code with the same behaviour. DataLayout is
@@ -165,16 +176,20 @@ namespace {
 /// side of claiming that two functions are different).
 class FunctionComparator {
 public:
-  FunctionComparator(const DataLayout *DL, const Function *F1,
-                     const Function *F2)
-    : F1(F1), F2(F2), DL(DL) {}
+  FunctionComparator(const Function *F1, const Function *F2,
+                     GlobalNumberState* GN)
+      : FnL(F1), FnR(F2), GlobalNumbers(GN) {}
 
   /// Test whether the two functions have equivalent behaviour.
-  bool compare();
+  int compare();
+  /// Hash a function. Equivalent functions will have the same hash, and unequal
+  /// functions will have different hashes with high probability.
+  typedef uint64_t FunctionHash;
+  static FunctionHash functionHash(Function &);
 
 private:
   /// Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
-  bool compare(const BasicBlock *BB1, const BasicBlock *BB2);
+  int cmpBasicBlocks(const BasicBlock *BBL, const BasicBlock *BBR);
 
   /// Constants comparison.
   /// Its analog to lexicographical comparison between hypothetical numbers
@@ -280,6 +295,10 @@ private:
   /// If these properties are equal - compare their contents.
   int cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R);
 
+  /// Compares two global values by number. Uses the GlobalNumbersState to
+  /// identify the same gobals across function calls.
+  int cmpGlobalValues(GlobalValue *L, GlobalValue *R);
+
   /// Assign or look up previously assigned numbers for the two values, and
   /// return whether the numbers are equal. Numbers are assigned in the order
   /// visited.
@@ -300,21 +319,43 @@ private:
   ///          see comments for sn_mapL and sn_mapR.
   int cmpValues(const Value *L, const Value *R);
 
-  bool enumerate(const Value *V1, const Value *V2) {
-    return cmpValues(V1, V2) == 0;
-  }
-
   /// Compare two Instructions for equivalence, similar to
   /// Instruction::isSameOperationAs but with modifications to the type
   /// comparison.
-  bool isEquivalentOperation(const Instruction *I1,
-                             const Instruction *I2) const;
+  /// Stages are listed in "most significant stage first" order:
+  /// On each stage below, we do comparison between some left and right
+  /// operation parts. If parts are non-equal, we assign parts comparison
+  /// result to the operation comparison result and exit from method.
+  /// Otherwise we proceed to the next stage.
+  /// Stages:
+  /// 1. Operations opcodes. Compared as numbers.
+  /// 2. Number of operands.
+  /// 3. Operation types. Compared with cmpType method.
+  /// 4. Compare operation subclass optional data as stream of bytes:
+  /// just convert it to integers and call cmpNumbers.
+  /// 5. Compare in operation operand types with cmpType in
+  /// most significant operand first order.
+  /// 6. Last stage. Check operations for some specific attributes.
+  /// For example, for Load it would be:
+  /// 6.1.Load: volatile (as boolean flag)
+  /// 6.2.Load: alignment (as integer numbers)
+  /// 6.3.Load: synch-scope (as integer numbers)
+  /// 6.4.Load: range metadata (as integer numbers)
+  /// On this stage its better to see the code, since its not more than 10-15
+  /// strings for particular instruction, and could change sometimes.
+  int cmpOperations(const Instruction *L, const Instruction *R) const;
 
   /// Compare two GEPs for equivalent pointer arithmetic.
-  bool isEquivalentGEP(const GEPOperator *GEP1, const GEPOperator *GEP2);
-  bool isEquivalentGEP(const GetElementPtrInst *GEP1,
-                       const GetElementPtrInst *GEP2) {
-    return isEquivalentGEP(cast<GEPOperator>(GEP1), cast<GEPOperator>(GEP2));
+  /// Parts to be compared for each comparison stage,
+  /// most significant stage first:
+  /// 1. Address space. As numbers.
+  /// 2. Constant offset, (using GEPOperator::accumulateConstantOffset method).
+  /// 3. Pointer operand type (using cmpType method).
+  /// 4. Number of operands.
+  /// 5. Compare operands, using cmpValues method.
+  int cmpGEPs(const GEPOperator *GEPL, const GEPOperator *GEPR);
+  int cmpGEPs(const GetElementPtrInst *GEPL, const GetElementPtrInst *GEPR) {
+    return cmpGEPs(cast<GEPOperator>(GEPL), cast<GEPOperator>(GEPR));
   }
 
   /// cmpType - compares two types,
@@ -337,8 +378,9 @@ private:
   ///
   /// 1. If types are of different kind (different type IDs).
   ///    Return result of type IDs comparison, treating them as numbers.
-  /// 2. If types are vectors or integers, compare Type* values as numbers.
-  /// 3. Types has same ID, so check whether they belongs to the next group:
+  /// 2. If types are integers, check that they have the same width. If they
+  /// are vectors, check that they have the same count and subtype.
+  /// 3. Types have the same ID, so check whether they are one of:
   /// * Void
   /// * Float
   /// * Double
@@ -347,8 +389,7 @@ private:
   /// * PPC_FP128
   /// * Label
   /// * Metadata
-  /// If so - return 0, yes - we can treat these types as equal only because
-  /// their IDs are same.
+  /// We can treat these types as equal whenever their IDs are same.
   /// 4. If Left and Right are pointers, return result of address space
   /// comparison (numbers comparison). We can treat pointer types of same
   /// address space as equal.
@@ -357,21 +398,18 @@ private:
   /// be checked with the same way. If we get Res != 0 on some stage, return it.
   /// Otherwise return 0.
   /// 6. For all other cases put llvm_unreachable.
-  int cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const;
-
-  bool isEquivalentType(Type *Ty1, Type *Ty2) const {
-    return cmpType(Ty1, Ty2) == 0;
-  }
+  int cmpTypes(Type *TyL, Type *TyR) const;
 
   int cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const;
-
-  int cmpAPInt(const APInt &L, const APInt &R) const;
-  int cmpAPFloat(const APFloat &L, const APFloat &R) const;
+  int cmpAPInts(const APInt &L, const APInt &R) const;
+  int cmpAPFloats(const APFloat &L, const APFloat &R) const;
+  int cmpInlineAsm(const InlineAsm *L, const InlineAsm *R) const;
+  int cmpMem(StringRef L, StringRef R) const;
+  int cmpAttrs(const AttributeSet L, const AttributeSet R) const;
+  int cmpRangeMetadata(const MDNode* L, const MDNode* R) const;
 
   // The two functions undergoing comparison.
-  const Function *F1, *F2;
-
-  const DataLayout *DL;
+  const Function *FnL, *FnR;
 
   /// Assign serial numbers to values from left function, and values from
   /// right function.
@@ -407,9 +445,30 @@ private:
   /// could be operands from further BBs we didn't scan yet.
   /// So it's impossible to use dominance properties in general.
   DenseMap<const Value*, int> sn_mapL, sn_mapR;
+
+  // The global state we will use
+  GlobalNumberState* GlobalNumbers;
 };
 
-}
+class FunctionNode {
+  mutable AssertingVH<Function> F;
+  FunctionComparator::FunctionHash Hash;
+public:
+  // Note the hash is recalculated potentially multiple times, but it is cheap.
+  FunctionNode(Function *F)
+    : F(F), Hash(FunctionComparator::functionHash(*F))  {}
+  Function *getFunc() const { return F; }
+  FunctionComparator::FunctionHash getHash() const { return Hash; }
+
+  /// Replace the reference to the function F by the function G, assuming their
+  /// implementations are equal.
+  void replaceBy(Function *G) const {
+    F = G;
+  }
+
+  void release() { F = nullptr; }
+};
+} // end anonymous namespace
 
 int FunctionComparator::cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const {
   if (L < R) return -1;
@@ -417,7 +476,7 @@ int FunctionComparator::cmpNumbers(uint64_t L, uint64_t R) const {
   return 0;
 }
 
-int FunctionComparator::cmpAPInt(const APInt &L, const APInt &R) const {
+int FunctionComparator::cmpAPInts(const APInt &L, const APInt &R) const {
   if (int Res = cmpNumbers(L.getBitWidth(), R.getBitWidth()))
     return Res;
   if (L.ugt(R)) return 1;
@@ -425,11 +484,84 @@ int FunctionComparator::cmpAPInt(const APInt &L, const APInt &R) const {
   return 0;
 }
 
-int FunctionComparator::cmpAPFloat(const APFloat &L, const APFloat &R) const {
-  if (int Res = cmpNumbers((uint64_t)&L.getSemantics(),
-                           (uint64_t)&R.getSemantics()))
+int FunctionComparator::cmpAPFloats(const APFloat &L, const APFloat &R) const {
+  // Floats are ordered first by semantics (i.e. float, double, half, etc.),
+  // then by value interpreted as a bitstring (aka APInt).
+  const fltSemantics &SL = L.getSemantics(), &SR = R.getSemantics();
+  if (int Res = cmpNumbers(APFloat::semanticsPrecision(SL),
+                           APFloat::semanticsPrecision(SR)))
+    return Res;
+  if (int Res = cmpNumbers(APFloat::semanticsMaxExponent(SL),
+                           APFloat::semanticsMaxExponent(SR)))
+    return Res;
+  if (int Res = cmpNumbers(APFloat::semanticsMinExponent(SL),
+                           APFloat::semanticsMinExponent(SR)))
+    return Res;
+  if (int Res = cmpNumbers(APFloat::semanticsSizeInBits(SL),
+                           APFloat::semanticsSizeInBits(SR)))
+    return Res;
+  return cmpAPInts(L.bitcastToAPInt(), R.bitcastToAPInt());
+}
+
+int FunctionComparator::cmpMem(StringRef L, StringRef R) const {
+  // Prevent heavy comparison, compare sizes first.
+  if (int Res = cmpNumbers(L.size(), R.size()))
+    return Res;
+
+  // Compare strings lexicographically only when it is necessary: only when
+  // strings are equal in size.
+  return L.compare(R);
+}
+
+int FunctionComparator::cmpAttrs(const AttributeSet L,
+                                 const AttributeSet R) const {
+  if (int Res = cmpNumbers(L.getNumSlots(), R.getNumSlots()))
+    return Res;
+
+  for (unsigned i = 0, e = L.getNumSlots(); i != e; ++i) {
+    AttributeSet::iterator LI = L.begin(i), LE = L.end(i), RI = R.begin(i),
+                           RE = R.end(i);
+    for (; LI != LE && RI != RE; ++LI, ++RI) {
+      Attribute LA = *LI;
+      Attribute RA = *RI;
+      if (LA < RA)
+        return -1;
+      if (RA < LA)
+        return 1;
+    }
+    if (LI != LE)
+      return 1;
+    if (RI != RE)
+      return -1;
+  }
+  return 0;
+}
+
+int FunctionComparator::cmpRangeMetadata(const MDNode* L,
+                                         const MDNode* R) const {
+  if (L == R)
+    return 0;
+  if (!L)
+    return -1;
+  if (!R)
+    return 1;
+  // Range metadata is a sequence of numbers. Make sure they are the same
+  // sequence. 
+  // TODO: Note that as this is metadata, it is possible to drop and/or merge
+  // this data when considering functions to merge. Thus this comparison would
+  // return 0 (i.e. equivalent), but merging would become more complicated
+  // because the ranges would need to be unioned. It is not likely that
+  // functions differ ONLY in this metadata if they are actually the same
+  // function semantically.
+  if (int Res = cmpNumbers(L->getNumOperands(), R->getNumOperands()))
     return Res;
-  return cmpAPInt(L.bitcastToAPInt(), R.bitcastToAPInt());
+  for (size_t I = 0; I < L->getNumOperands(); ++I) {
+    ConstantInt* LLow = mdconst::extract<ConstantInt>(L->getOperand(I));
+    ConstantInt* RLow = mdconst::extract<ConstantInt>(R->getOperand(I));
+    if (int Res = cmpAPInts(LLow->getValue(), RLow->getValue()))
+      return Res;
+  }
+  return 0;
 }
 
 /// Constants comparison:
@@ -445,7 +577,7 @@ int FunctionComparator::cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R) {
   // Check whether types are bitcastable. This part is just re-factored
   // Type::canLosslesslyBitCastTo method, but instead of returning true/false,
   // we also pack into result which type is "less" for us.
-  int TypesRes = cmpType(TyL, TyR);
+  int TypesRes = cmpTypes(TyL, TyR);
   if (TypesRes != 0) {
     // Types are different, but check whether we can bitcast them.
     if (!TyL->isFirstClassType()) {
@@ -466,9 +598,9 @@ int FunctionComparator::cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R) {
     unsigned TyLWidth = 0;
     unsigned TyRWidth = 0;
 
-    if (const VectorType *VecTyL = dyn_cast<VectorType>(TyL))
+    if (auto *VecTyL = dyn_cast<VectorType>(TyL))
       TyLWidth = VecTyL->getBitWidth();
-    if (const VectorType *VecTyR = dyn_cast<VectorType>(TyR))
+    if (auto *VecTyR = dyn_cast<VectorType>(TyR))
       TyRWidth = VecTyR->getBitWidth();
 
     if (TyLWidth != TyRWidth)
@@ -504,20 +636,38 @@ int FunctionComparator::cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R) {
   if (!L->isNullValue() && R->isNullValue())
     return -1;
 
+  auto GlobalValueL = const_cast<GlobalValue*>(dyn_cast<GlobalValue>(L));
+  auto GlobalValueR = const_cast<GlobalValue*>(dyn_cast<GlobalValue>(R));
+  if (GlobalValueL && GlobalValueR) {
+    return cmpGlobalValues(GlobalValueL, GlobalValueR);
+  }
+
   if (int Res = cmpNumbers(L->getValueID(), R->getValueID()))
     return Res;
 
+  if (const auto *SeqL = dyn_cast<ConstantDataSequential>(L)) {
+    const auto *SeqR = cast<ConstantDataSequential>(R);
+    // This handles ConstantDataArray and ConstantDataVector. Note that we
+    // compare the two raw data arrays, which might differ depending on the host
+    // endianness. This isn't a problem though, because the endiness of a module
+    // will affect the order of the constants, but this order is the same
+    // for a given input module and host platform.
+    return cmpMem(SeqL->getRawDataValues(), SeqR->getRawDataValues());
+  }
+
   switch (L->getValueID()) {
-  case Value::UndefValueVal: return TypesRes;
+  case Value::UndefValueVal:
+  case Value::ConstantTokenNoneVal:
+    return TypesRes;
   case Value::ConstantIntVal: {
     const APInt &LInt = cast<ConstantInt>(L)->getValue();
     const APInt &RInt = cast<ConstantInt>(R)->getValue();
-    return cmpAPInt(LInt, RInt);
+    return cmpAPInts(LInt, RInt);
   }
   case Value::ConstantFPVal: {
     const APFloat &LAPF = cast<ConstantFP>(L)->getValueAPF();
     const APFloat &RAPF = cast<ConstantFP>(R)->getValueAPF();
-    return cmpAPFloat(LAPF, RAPF);
+    return cmpAPFloats(LAPF, RAPF);
   }
   case Value::ConstantArrayVal: {
     const ConstantArray *LA = cast<ConstantArray>(L);
@@ -575,26 +725,63 @@ int FunctionComparator::cmpConstants(const Constant *L, const Constant *R) {
     }
     return 0;
   }
-  case Value::FunctionVal:
-  case Value::GlobalVariableVal:
-  case Value::GlobalAliasVal:
-  default: // Unknown constant, cast L and R pointers to numbers and compare.
-    return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
+  case Value::BlockAddressVal: {
+    const BlockAddress *LBA = cast<BlockAddress>(L);
+    const BlockAddress *RBA = cast<BlockAddress>(R);
+    if (int Res = cmpValues(LBA->getFunction(), RBA->getFunction()))
+      return Res;
+    if (LBA->getFunction() == RBA->getFunction()) {
+      // They are BBs in the same function. Order by which comes first in the
+      // BB order of the function. This order is deterministic.
+      Function* F = LBA->getFunction();
+      BasicBlock *LBB = LBA->getBasicBlock();
+      BasicBlock *RBB = RBA->getBasicBlock();
+      if (LBB == RBB)
+        return 0;
+      for(BasicBlock &BB : F->getBasicBlockList()) {
+        if (&BB == LBB) {
+          assert(&BB != RBB);
+          return -1;
+        }
+        if (&BB == RBB)
+          return 1;
+      }
+      llvm_unreachable("Basic Block Address does not point to a basic block in "
+                       "its function.");
+      return -1;
+    } else {
+      // cmpValues said the functions are the same. So because they aren't
+      // literally the same pointer, they must respectively be the left and
+      // right functions.
+      assert(LBA->getFunction() == FnL && RBA->getFunction() == FnR);
+      // cmpValues will tell us if these are equivalent BasicBlocks, in the
+      // context of their respective functions.
+      return cmpValues(LBA->getBasicBlock(), RBA->getBasicBlock());
+    }
+  }
+  default: // Unknown constant, abort.
+    DEBUG(dbgs() << "Looking at valueID " << L->getValueID() << "\n");
+    llvm_unreachable("Constant ValueID not recognized.");
+    return -1;
   }
 }
 
+int FunctionComparator::cmpGlobalValues(GlobalValue *L, GlobalValue* R) {
+  return cmpNumbers(GlobalNumbers->getNumber(L), GlobalNumbers->getNumber(R));
+}
+
 /// cmpType - compares two types,
 /// defines total ordering among the types set.
 /// See method declaration comments for more details.
-int FunctionComparator::cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const {
-
+int FunctionComparator::cmpTypes(Type *TyL, Type *TyR) const {
   PointerType *PTyL = dyn_cast<PointerType>(TyL);
   PointerType *PTyR = dyn_cast<PointerType>(TyR);
 
-  if (DL) {
-    if (PTyL && PTyL->getAddressSpace() == 0) TyL = DL->getIntPtrType(TyL);
-    if (PTyR && PTyR->getAddressSpace() == 0) TyR = DL->getIntPtrType(TyR);
-  }
+  const DataLayout &DL = FnL->getParent()->getDataLayout();
+  if (PTyL && PTyL->getAddressSpace() == 0)
+    TyL = DL.getIntPtrType(TyL);
+  if (PTyR && PTyR->getAddressSpace() == 0)
+    TyR = DL.getIntPtrType(TyR);
 
   if (TyL == TyR)
     return 0;
@@ -607,10 +794,15 @@ int FunctionComparator::cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const {
     llvm_unreachable("Unknown type!");
     // Fall through in Release mode.
   case Type::IntegerTyID:
-  case Type::VectorTyID:
-    // TyL == TyR would have returned true earlier.
-    return cmpNumbers((uint64_t)TyL, (uint64_t)TyR);
-
+    return cmpNumbers(cast<IntegerType>(TyL)->getBitWidth(),
+                      cast<IntegerType>(TyR)->getBitWidth());
+  case Type::VectorTyID: {
+    VectorType *VTyL = cast<VectorType>(TyL), *VTyR = cast<VectorType>(TyR);
+    if (int Res = cmpNumbers(VTyL->getNumElements(), VTyR->getNumElements()))
+      return Res;
+    return cmpTypes(VTyL->getElementType(), VTyR->getElementType());
+  }
+  // TyL == TyR would have returned true earlier, because types are uniqued.
   case Type::VoidTyID:
   case Type::FloatTyID:
   case Type::DoubleTyID:
@@ -619,6 +811,7 @@ int FunctionComparator::cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const {
   case Type::PPC_FP128TyID:
   case Type::LabelTyID:
   case Type::MetadataTyID:
+  case Type::TokenTyID:
     return 0;
 
   case Type::PointerTyID: {
@@ -636,8 +829,7 @@ int FunctionComparator::cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const {
       return cmpNumbers(STyL->isPacked(), STyR->isPacked());
 
     for (unsigned i = 0, e = STyL->getNumElements(); i != e; ++i) {
-      if (int Res = cmpType(STyL->getElementType(i),
-                            STyR->getElementType(i)))
+      if (int Res = cmpTypes(STyL->getElementType(i), STyR->getElementType(i)))
         return Res;
     }
     return 0;
@@ -652,11 +844,11 @@ int FunctionComparator::cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const {
     if (FTyL->isVarArg() != FTyR->isVarArg())
       return cmpNumbers(FTyL->isVarArg(), FTyR->isVarArg());
 
-    if (int Res = cmpType(FTyL->getReturnType(), FTyR->getReturnType()))
+    if (int Res = cmpTypes(FTyL->getReturnType(), FTyR->getReturnType()))
       return Res;
 
     for (unsigned i = 0, e = FTyL->getNumParams(); i != e; ++i) {
-      if (int Res = cmpType(FTyL->getParamType(i), FTyR->getParamType(i)))
+      if (int Res = cmpTypes(FTyL->getParamType(i), FTyR->getParamType(i)))
         return Res;
     }
     return 0;
@@ -667,7 +859,7 @@ int FunctionComparator::cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const {
     ArrayType *ATyR = cast<ArrayType>(TyR);
     if (ATyL->getNumElements() != ATyR->getNumElements())
       return cmpNumbers(ATyL->getNumElements(), ATyR->getNumElements());
-    return cmpType(ATyL->getElementType(), ATyR->getElementType());
+    return cmpTypes(ATyL->getElementType(), ATyR->getElementType());
   }
   }
 }
@@ -675,98 +867,208 @@ int FunctionComparator::cmpType(Type *TyL, Type *TyR) const {
 // Determine whether the two operations are the same except that pointer-to-A
 // and pointer-to-B are equivalent. This should be kept in sync with
 // Instruction::isSameOperationAs.
-bool FunctionComparator::isEquivalentOperation(const Instruction *I1,
-                                               const Instruction *I2) const {
+// Read method declaration comments for more details.
+int FunctionComparator::cmpOperations(const Instruction *L,
+                                      const Instruction *R) const {
   // Differences from Instruction::isSameOperationAs:
   //  * replace type comparison with calls to isEquivalentType.
   //  * we test for I->hasSameSubclassOptionalData (nuw/nsw/tail) at the top
   //  * because of the above, we don't test for the tail bit on calls later on
-  if (I1->getOpcode() != I2->getOpcode() ||
-      I1->getNumOperands() != I2->getNumOperands() ||
-      !isEquivalentType(I1->getType(), I2->getType()) ||
-      !I1->hasSameSubclassOptionalData(I2))
-    return false;
+  if (int Res = cmpNumbers(L->getOpcode(), R->getOpcode()))
+    return Res;
+
+  if (int Res = cmpNumbers(L->getNumOperands(), R->getNumOperands()))
+    return Res;
+
+  if (int Res = cmpTypes(L->getType(), R->getType()))
+    return Res;
+
+  if (int Res = cmpNumbers(L->getRawSubclassOptionalData(),
+                           R->getRawSubclassOptionalData()))
+    return Res;
+
+  if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(L)) {
+    if (int Res = cmpTypes(AI->getAllocatedType(),
+                           cast<AllocaInst>(R)->getAllocatedType()))
+      return Res;
+    if (int Res =
+            cmpNumbers(AI->getAlignment(), cast<AllocaInst>(R)->getAlignment()))
+      return Res;
+  }
 
   // We have two instructions of identical opcode and #operands.  Check to see
   // if all operands are the same type
-  for (unsigned i = 0, e = I1->getNumOperands(); i != e; ++i)
-    if (!isEquivalentType(I1->getOperand(i)->getType(),
-                          I2->getOperand(i)->getType()))
-      return false;
+  for (unsigned i = 0, e = L->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    if (int Res =
+            cmpTypes(L->getOperand(i)->getType(), R->getOperand(i)->getType()))
+      return Res;
+  }
 
   // Check special state that is a part of some instructions.
-  if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I1))
-    return LI->isVolatile() == cast<LoadInst>(I2)->isVolatile() &&
-           LI->getAlignment() == cast<LoadInst>(I2)->getAlignment() &&
-           LI->getOrdering() == cast<LoadInst>(I2)->getOrdering() &&
-           LI->getSynchScope() == cast<LoadInst>(I2)->getSynchScope();
-  if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I1))
-    return SI->isVolatile() == cast<StoreInst>(I2)->isVolatile() &&
-           SI->getAlignment() == cast<StoreInst>(I2)->getAlignment() &&
-           SI->getOrdering() == cast<StoreInst>(I2)->getOrdering() &&
-           SI->getSynchScope() == cast<StoreInst>(I2)->getSynchScope();
-  if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(I1))
-    return CI->getPredicate() == cast<CmpInst>(I2)->getPredicate();
-  if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I1))
-    return CI->getCallingConv() == cast<CallInst>(I2)->getCallingConv() &&
-           CI->getAttributes() == cast<CallInst>(I2)->getAttributes();
-  if (const InvokeInst *CI = dyn_cast<InvokeInst>(I1))
-    return CI->getCallingConv() == cast<InvokeInst>(I2)->getCallingConv() &&
-           CI->getAttributes() == cast<InvokeInst>(I2)->getAttributes();
-  if (const InsertValueInst *IVI = dyn_cast<InsertValueInst>(I1))
-    return IVI->getIndices() == cast<InsertValueInst>(I2)->getIndices();
-  if (const ExtractValueInst *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(I1))
-    return EVI->getIndices() == cast<ExtractValueInst>(I2)->getIndices();
-  if (const FenceInst *FI = dyn_cast<FenceInst>(I1))
-    return FI->getOrdering() == cast<FenceInst>(I2)->getOrdering() &&
-           FI->getSynchScope() == cast<FenceInst>(I2)->getSynchScope();
-  if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I1))
-    return CXI->isVolatile() == cast<AtomicCmpXchgInst>(I2)->isVolatile() &&
-           CXI->getSuccessOrdering() ==
-               cast<AtomicCmpXchgInst>(I2)->getSuccessOrdering() &&
-           CXI->getFailureOrdering() ==
-               cast<AtomicCmpXchgInst>(I2)->getFailureOrdering() &&
-           CXI->getSynchScope() == cast<AtomicCmpXchgInst>(I2)->getSynchScope();
-  if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I1))
-    return RMWI->getOperation() == cast<AtomicRMWInst>(I2)->getOperation() &&
-           RMWI->isVolatile() == cast<AtomicRMWInst>(I2)->isVolatile() &&
-           RMWI->getOrdering() == cast<AtomicRMWInst>(I2)->getOrdering() &&
-           RMWI->getSynchScope() == cast<AtomicRMWInst>(I2)->getSynchScope();
+  if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(L)) {
+    if (int Res = cmpNumbers(LI->isVolatile(), cast<LoadInst>(R)->isVolatile()))
+      return Res;
+    if (int Res =
+            cmpNumbers(LI->getAlignment(), cast<LoadInst>(R)->getAlignment()))
+      return Res;
+    if (int Res =
+            cmpNumbers(LI->getOrdering(), cast<LoadInst>(R)->getOrdering()))
+      return Res;
+    if (int Res =
+            cmpNumbers(LI->getSynchScope(), cast<LoadInst>(R)->getSynchScope()))
+      return Res;
+    return cmpRangeMetadata(LI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
+        cast<LoadInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
+  }
+  if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(L)) {
+    if (int Res =
+            cmpNumbers(SI->isVolatile(), cast<StoreInst>(R)->isVolatile()))
+      return Res;
+    if (int Res =
+            cmpNumbers(SI->getAlignment(), cast<StoreInst>(R)->getAlignment()))
+      return Res;
+    if (int Res =
+            cmpNumbers(SI->getOrdering(), cast<StoreInst>(R)->getOrdering()))
+      return Res;
+    return cmpNumbers(SI->getSynchScope(), cast<StoreInst>(R)->getSynchScope());
+  }
+  if (const CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(L))
+    return cmpNumbers(CI->getPredicate(), cast<CmpInst>(R)->getPredicate());
+  if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(L)) {
+    if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
+                             cast<CallInst>(R)->getCallingConv()))
+      return Res;
+    if (int Res =
+            cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<CallInst>(R)->getAttributes()))
+      return Res;
+    return cmpRangeMetadata(
+        CI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
+        cast<CallInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
+  }
+  if (const InvokeInst *CI = dyn_cast<InvokeInst>(L)) {
+    if (int Res = cmpNumbers(CI->getCallingConv(),
+                             cast<InvokeInst>(R)->getCallingConv()))
+      return Res;
+    if (int Res =
+            cmpAttrs(CI->getAttributes(), cast<InvokeInst>(R)->getAttributes()))
+      return Res;
+    return cmpRangeMetadata(
+        CI->getMetadata(LLVMContext::MD_range),
+        cast<InvokeInst>(R)->getMetadata(LLVMContext::MD_range));
+  }
+  if (const InsertValueInst *IVI = dyn_cast<InsertValueInst>(L)) {
+    ArrayRef<unsigned> LIndices = IVI->getIndices();
+    ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<InsertValueInst>(R)->getIndices();
+    if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
+      return Res;
+    for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
+      if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
+        return Res;
+    }
+  }
+  if (const ExtractValueInst *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(L)) {
+    ArrayRef<unsigned> LIndices = EVI->getIndices();
+    ArrayRef<unsigned> RIndices = cast<ExtractValueInst>(R)->getIndices();
+    if (int Res = cmpNumbers(LIndices.size(), RIndices.size()))
+      return Res;
+    for (size_t i = 0, e = LIndices.size(); i != e; ++i) {
+      if (int Res = cmpNumbers(LIndices[i], RIndices[i]))
+        return Res;
+    }
+  }
+  if (const FenceInst *FI = dyn_cast<FenceInst>(L)) {
+    if (int Res =
+            cmpNumbers(FI->getOrdering(), cast<FenceInst>(R)->getOrdering()))
+      return Res;
+    return cmpNumbers(FI->getSynchScope(), cast<FenceInst>(R)->getSynchScope());
+  }
 
-  return true;
+  if (const AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(L)) {
+    if (int Res = cmpNumbers(CXI->isVolatile(),
+                             cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isVolatile()))
+      return Res;
+    if (int Res = cmpNumbers(CXI->isWeak(),
+                             cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->isWeak()))
+      return Res;
+    if (int Res = cmpNumbers(CXI->getSuccessOrdering(),
+                             cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSuccessOrdering()))
+      return Res;
+    if (int Res = cmpNumbers(CXI->getFailureOrdering(),
+                             cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getFailureOrdering()))
+      return Res;
+    return cmpNumbers(CXI->getSynchScope(),
+                      cast<AtomicCmpXchgInst>(R)->getSynchScope());
+  }
+  if (const AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(L)) {
+    if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOperation(),
+                             cast<AtomicRMWInst>(R)->getOperation()))
+      return Res;
+    if (int Res = cmpNumbers(RMWI->isVolatile(),
+                             cast<AtomicRMWInst>(R)->isVolatile()))
+      return Res;
+    if (int Res = cmpNumbers(RMWI->getOrdering(),
+                             cast<AtomicRMWInst>(R)->getOrdering()))
+      return Res;
+    return cmpNumbers(RMWI->getSynchScope(),
+                      cast<AtomicRMWInst>(R)->getSynchScope());
+  }
+  return 0;
 }
 
 // Determine whether two GEP operations perform the same underlying arithmetic.
-bool FunctionComparator::isEquivalentGEP(const GEPOperator *GEP1,
-                                         const GEPOperator *GEP2) {
-  unsigned AS = GEP1->getPointerAddressSpace();
-  if (AS != GEP2->getPointerAddressSpace())
-    return false;
+// Read method declaration comments for more details.
+int FunctionComparator::cmpGEPs(const GEPOperator *GEPL,
+                               const GEPOperator *GEPR) {
 
-  if (DL) {
-    // When we have target data, we can reduce the GEP down to the value in bytes
-    // added to the address.
-    unsigned BitWidth = DL ? DL->getPointerSizeInBits(AS) : 1;
-    APInt Offset1(BitWidth, 0), Offset2(BitWidth, 0);
-    if (GEP1->accumulateConstantOffset(*DL, Offset1) &&
-        GEP2->accumulateConstantOffset(*DL, Offset2)) {
-      return Offset1 == Offset2;
-    }
-  }
+  unsigned int ASL = GEPL->getPointerAddressSpace();
+  unsigned int ASR = GEPR->getPointerAddressSpace();
 
-  if (GEP1->getPointerOperand()->getType() !=
-      GEP2->getPointerOperand()->getType())
-    return false;
+  if (int Res = cmpNumbers(ASL, ASR))
+    return Res;
 
-  if (GEP1->getNumOperands() != GEP2->getNumOperands())
-    return false;
+  // When we have target data, we can reduce the GEP down to the value in bytes
+  // added to the address.
+  const DataLayout &DL = FnL->getParent()->getDataLayout();
+  unsigned BitWidth = DL.getPointerSizeInBits(ASL);
+  APInt OffsetL(BitWidth, 0), OffsetR(BitWidth, 0);
+  if (GEPL->accumulateConstantOffset(DL, OffsetL) &&
+      GEPR->accumulateConstantOffset(DL, OffsetR))
+    return cmpAPInts(OffsetL, OffsetR);
+  if (int Res = cmpTypes(GEPL->getSourceElementType(),
+                         GEPR->getSourceElementType()))
+    return Res;
 
-  for (unsigned i = 0, e = GEP1->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-    if (!enumerate(GEP1->getOperand(i), GEP2->getOperand(i)))
-      return false;
+  if (int Res = cmpNumbers(GEPL->getNumOperands(), GEPR->getNumOperands()))
+    return Res;
+
+  for (unsigned i = 0, e = GEPL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    if (int Res = cmpValues(GEPL->getOperand(i), GEPR->getOperand(i)))
+      return Res;
   }
 
-  return true;
+  return 0;
+}
+
+int FunctionComparator::cmpInlineAsm(const InlineAsm *L,
+                                     const InlineAsm *R) const {
+  // InlineAsm's are uniqued. If they are the same pointer, obviously they are
+  // the same, otherwise compare the fields.
+  if (L == R)
+    return 0;
+  if (int Res = cmpTypes(L->getFunctionType(), R->getFunctionType()))
+    return Res;
+  if (int Res = cmpMem(L->getAsmString(), R->getAsmString()))
+    return Res;
+  if (int Res = cmpMem(L->getConstraintString(), R->getConstraintString()))
+    return Res;
+  if (int Res = cmpNumbers(L->hasSideEffects(), R->hasSideEffects()))
+    return Res;
+  if (int Res = cmpNumbers(L->isAlignStack(), R->isAlignStack()))
+    return Res;
+  if (int Res = cmpNumbers(L->getDialect(), R->getDialect()))
+    return Res;
+  llvm_unreachable("InlineAsm blocks were not uniqued.");
+  return 0;
 }
 
 /// Compare two values used by the two functions under pair-wise comparison. If
@@ -775,13 +1077,13 @@ bool FunctionComparator::isEquivalentGEP(const GEPOperator *GEP1,
 /// See comments in declaration for more details.
 int FunctionComparator::cmpValues(const Value *L, const Value *R) {
   // Catch self-reference case.
-  if (L == F1) {
-    if (R == F2)
+  if (L == FnL) {
+    if (R == FnR)
       return 0;
     return -1;
   }
-  if (R == F2) {
-    if (L == F1)
+  if (R == FnR) {
+    if (L == FnL)
       return 0;
     return 1;
   }
@@ -803,7 +1105,7 @@ int FunctionComparator::cmpValues(const Value *L, const Value *R) {
   const InlineAsm *InlineAsmR = dyn_cast<InlineAsm>(R);
 
   if (InlineAsmL && InlineAsmR)
-    return cmpNumbers((uint64_t)L, (uint64_t)R);
+    return cmpInlineAsm(InlineAsmL, InlineAsmR);
   if (InlineAsmL)
     return 1;
   if (InlineAsmR)
@@ -815,90 +1117,99 @@ int FunctionComparator::cmpValues(const Value *L, const Value *R) {
   return cmpNumbers(LeftSN.first->second, RightSN.first->second);
 }
 // Test whether two basic blocks have equivalent behaviour.
-bool FunctionComparator::compare(const BasicBlock *BB1, const BasicBlock *BB2) {
-  BasicBlock::const_iterator F1I = BB1->begin(), F1E = BB1->end();
-  BasicBlock::const_iterator F2I = BB2->begin(), F2E = BB2->end();
+int FunctionComparator::cmpBasicBlocks(const BasicBlock *BBL,
+                                       const BasicBlock *BBR) {
+  BasicBlock::const_iterator InstL = BBL->begin(), InstLE = BBL->end();
+  BasicBlock::const_iterator InstR = BBR->begin(), InstRE = BBR->end();
 
   do {
-    if (!enumerate(F1I, F2I))
-      return false;
+    if (int Res = cmpValues(&*InstL, &*InstR))
+      return Res;
 
-    if (const GetElementPtrInst *GEP1 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(F1I)) {
-      const GetElementPtrInst *GEP2 = dyn_cast<GetElementPtrInst>(F2I);
-      if (!GEP2)
-        return false;
+    const GetElementPtrInst *GEPL = dyn_cast<GetElementPtrInst>(InstL);
+    const GetElementPtrInst *GEPR = dyn_cast<GetElementPtrInst>(InstR);
 
-      if (!enumerate(GEP1->getPointerOperand(), GEP2->getPointerOperand()))
-        return false;
+    if (GEPL && !GEPR)
+      return 1;
+    if (GEPR && !GEPL)
+      return -1;
 
-      if (!isEquivalentGEP(GEP1, GEP2))
-        return false;
+    if (GEPL && GEPR) {
+      if (int Res =
+              cmpValues(GEPL->getPointerOperand(), GEPR->getPointerOperand()))
+        return Res;
+      if (int Res = cmpGEPs(GEPL, GEPR))
+        return Res;
     } else {
-      if (!isEquivalentOperation(F1I, F2I))
-        return false;
-
-      assert(F1I->getNumOperands() == F2I->getNumOperands());
-      for (unsigned i = 0, e = F1I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-        Value *OpF1 = F1I->getOperand(i);
-        Value *OpF2 = F2I->getOperand(i);
-
-        if (!enumerate(OpF1, OpF2))
-          return false;
+      if (int Res = cmpOperations(&*InstL, &*InstR))
+        return Res;
+      assert(InstL->getNumOperands() == InstR->getNumOperands());
 
-        if (OpF1->getValueID() != OpF2->getValueID() ||
-            !isEquivalentType(OpF1->getType(), OpF2->getType()))
-          return false;
+      for (unsigned i = 0, e = InstL->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+        Value *OpL = InstL->getOperand(i);
+        Value *OpR = InstR->getOperand(i);
+        if (int Res = cmpValues(OpL, OpR))
+          return Res;
+        // cmpValues should ensure this is true.
+        assert(cmpTypes(OpL->getType(), OpR->getType()) == 0);
       }
     }
 
-    ++F1I, ++F2I;
-  } while (F1I != F1E && F2I != F2E);
+    ++InstL, ++InstR;
+  } while (InstL != InstLE && InstR != InstRE);
 
-  return F1I == F1E && F2I == F2E;
+  if (InstL != InstLE && InstR == InstRE)
+    return 1;
+  if (InstL == InstLE && InstR != InstRE)
+    return -1;
+  return 0;
 }
 
 // Test whether the two functions have equivalent behaviour.
-bool FunctionComparator::compare() {
-  // We need to recheck everything, but check the things that weren't included
-  // in the hash first.
-
+int FunctionComparator::compare() {
   sn_mapL.clear();
   sn_mapR.clear();
 
-  if (F1->getAttributes() != F2->getAttributes())
-    return false;
+  if (int Res = cmpAttrs(FnL->getAttributes(), FnR->getAttributes()))
+    return Res;
 
-  if (F1->hasGC() != F2->hasGC())
-    return false;
+  if (int Res = cmpNumbers(FnL->hasGC(), FnR->hasGC()))
+    return Res;
 
-  if (F1->hasGC() && F1->getGC() != F2->getGC())
-    return false;
+  if (FnL->hasGC()) {
+    if (int Res = cmpMem(FnL->getGC(), FnR->getGC()))
+      return Res;
+  }
 
-  if (F1->hasSection() != F2->hasSection())
-    return false;
+  if (int Res = cmpNumbers(FnL->hasSection(), FnR->hasSection()))
+    return Res;
 
-  if (F1->hasSection() && F1->getSection() != F2->getSection())
-    return false;
+  if (FnL->hasSection()) {
+    if (int Res = cmpMem(FnL->getSection(), FnR->getSection()))
+      return Res;
+  }
 
-  if (F1->isVarArg() != F2->isVarArg())
-    return false;
+  if (int Res = cmpNumbers(FnL->isVarArg(), FnR->isVarArg()))
+    return Res;
 
   // TODO: if it's internal and only used in direct calls, we could handle this
   // case too.
-  if (F1->getCallingConv() != F2->getCallingConv())
-    return false;
+  if (int Res = cmpNumbers(FnL->getCallingConv(), FnR->getCallingConv()))
+    return Res;
 
-  if (!isEquivalentType(F1->getFunctionType(), F2->getFunctionType()))
-    return false;
+  if (int Res = cmpTypes(FnL->getFunctionType(), FnR->getFunctionType()))
+    return Res;
 
-  assert(F1->arg_size() == F2->arg_size() &&
+  assert(FnL->arg_size() == FnR->arg_size() &&
          "Identically typed functions have different numbers of args!");
 
   // Visit the arguments so that they get enumerated in the order they're
   // passed in.
-  for (Function::const_arg_iterator f1i = F1->arg_begin(),
-         f2i = F2->arg_begin(), f1e = F1->arg_end(); f1i != f1e; ++f1i, ++f2i) {
-    if (!enumerate(f1i, f2i))
+  for (Function::const_arg_iterator ArgLI = FnL->arg_begin(),
+                                    ArgRI = FnR->arg_begin(),
+                                    ArgLE = FnL->arg_end();
+       ArgLI != ArgLE; ++ArgLI, ++ArgRI) {
+    if (cmpValues(&*ArgLI, &*ArgRI) != 0)
       llvm_unreachable("Arguments repeat!");
   }
 
@@ -906,35 +1217,98 @@ bool FunctionComparator::compare() {
   // linked list is immaterial. Our walk starts at the entry block for both
   // functions, then takes each block from each terminator in order. As an
   // artifact, this also means that unreachable blocks are ignored.
-  SmallVector<const BasicBlock *, 8> F1BBs, F2BBs;
+  SmallVector<const BasicBlock *, 8> FnLBBs, FnRBBs;
   SmallSet<const BasicBlock *, 128> VisitedBBs; // in terms of F1.
 
-  F1BBs.push_back(&F1->getEntryBlock());
-  F2BBs.push_back(&F2->getEntryBlock());
+  FnLBBs.push_back(&FnL->getEntryBlock());
+  FnRBBs.push_back(&FnR->getEntryBlock());
 
-  VisitedBBs.insert(F1BBs[0]);
-  while (!F1BBs.empty()) {
-    const BasicBlock *F1BB = F1BBs.pop_back_val();
-    const BasicBlock *F2BB = F2BBs.pop_back_val();
+  VisitedBBs.insert(FnLBBs[0]);
+  while (!FnLBBs.empty()) {
+    const BasicBlock *BBL = FnLBBs.pop_back_val();
+    const BasicBlock *BBR = FnRBBs.pop_back_val();
 
-    if (!enumerate(F1BB, F2BB) || !compare(F1BB, F2BB))
-      return false;
+    if (int Res = cmpValues(BBL, BBR))
+      return Res;
+
+    if (int Res = cmpBasicBlocks(BBL, BBR))
+      return Res;
 
-    const TerminatorInst *F1TI = F1BB->getTerminator();
-    const TerminatorInst *F2TI = F2BB->getTerminator();
+    const TerminatorInst *TermL = BBL->getTerminator();
+    const TerminatorInst *TermR = BBR->getTerminator();
 
-    assert(F1TI->getNumSuccessors() == F2TI->getNumSuccessors());
-    for (unsigned i = 0, e = F1TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
-      if (!VisitedBBs.insert(F1TI->getSuccessor(i)))
+    assert(TermL->getNumSuccessors() == TermR->getNumSuccessors());
+    for (unsigned i = 0, e = TermL->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+      if (!VisitedBBs.insert(TermL->getSuccessor(i)).second)
         continue;
 
-      F1BBs.push_back(F1TI->getSuccessor(i));
-      F2BBs.push_back(F2TI->getSuccessor(i));
+      FnLBBs.push_back(TermL->getSuccessor(i));
+      FnRBBs.push_back(TermR->getSuccessor(i));
     }
   }
-  return true;
+  return 0;
+}
+
+// Accumulate the hash of a sequence of 64-bit integers. This is similar to a
+// hash of a sequence of 64bit ints, but the entire input does not need to be
+// available at once. This interface is necessary for functionHash because it
+// needs to accumulate the hash as the structure of the function is traversed
+// without saving these values to an intermediate buffer. This form of hashing
+// is not often needed, as usually the object to hash is just read from a
+// buffer.
+class HashAccumulator64 {
+  uint64_t Hash;
+public:
+  // Initialize to random constant, so the state isn't zero.
+  HashAccumulator64() { Hash = 0x6acaa36bef8325c5ULL; }
+  void add(uint64_t V) {
+     Hash = llvm::hashing::detail::hash_16_bytes(Hash, V);
+  }
+  // No finishing is required, because the entire hash value is used.
+  uint64_t getHash() { return Hash; }
+};
+
+// A function hash is calculated by considering only the number of arguments and
+// whether a function is varargs, the order of basic blocks (given by the
+// successors of each basic block in depth first order), and the order of
+// opcodes of each instruction within each of these basic blocks. This mirrors
+// the strategy compare() uses to compare functions by walking the BBs in depth
+// first order and comparing each instruction in sequence. Because this hash
+// does not look at the operands, it is insensitive to things such as the
+// target of calls and the constants used in the function, which makes it useful
+// when possibly merging functions which are the same modulo constants and call
+// targets.
+FunctionComparator::FunctionHash FunctionComparator::functionHash(Function &F) {
+  HashAccumulator64 H;
+  H.add(F.isVarArg());
+  H.add(F.arg_size());
+  
+  SmallVector<const BasicBlock *, 8> BBs;
+  SmallSet<const BasicBlock *, 16> VisitedBBs;
+
+  // Walk the blocks in the same order as FunctionComparator::cmpBasicBlocks(),
+  // accumulating the hash of the function "structure." (BB and opcode sequence)
+  BBs.push_back(&F.getEntryBlock());
+  VisitedBBs.insert(BBs[0]);
+  while (!BBs.empty()) {
+    const BasicBlock *BB = BBs.pop_back_val();
+    // This random value acts as a block header, as otherwise the partition of
+    // opcodes into BBs wouldn't affect the hash, only the order of the opcodes
+    H.add(45798); 
+    for (auto &Inst : *BB) {
+      H.add(Inst.getOpcode());
+    }
+    const TerminatorInst *Term = BB->getTerminator();
+    for (unsigned i = 0, e = Term->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
+      if (!VisitedBBs.insert(Term->getSuccessor(i)).second)
+        continue;
+      BBs.push_back(Term->getSuccessor(i));
+    }
+  }
+  return H.getHash();
 }
 
+
 namespace {
 
 /// MergeFunctions finds functions which will generate identical machine code,
@@ -946,28 +1320,49 @@ class MergeFunctions : public ModulePass {
 public:
   static char ID;
   MergeFunctions()
-    : ModulePass(ID), HasGlobalAliases(false) {
+    : ModulePass(ID), FnTree(FunctionNodeCmp(&GlobalNumbers)), FNodesInTree(),
+      HasGlobalAliases(false) {
     initializeMergeFunctionsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   }
 
   bool runOnModule(Module &M) override;
 
 private:
-  typedef DenseSet<ComparableFunction> FnSetType;
+  // The function comparison operator is provided here so that FunctionNodes do
+  // not need to become larger with another pointer.
+  class FunctionNodeCmp {
+    GlobalNumberState* GlobalNumbers;
+  public:
+    FunctionNodeCmp(GlobalNumberState* GN) : GlobalNumbers(GN) {}
+    bool operator()(const FunctionNode &LHS, const FunctionNode &RHS) const {
+      // Order first by hashes, then full function comparison.
+      if (LHS.getHash() != RHS.getHash())
+        return LHS.getHash() < RHS.getHash();
+      FunctionComparator FCmp(LHS.getFunc(), RHS.getFunc(), GlobalNumbers);
+      return FCmp.compare() == -1;
+    }
+  };
+  typedef std::set<FunctionNode, FunctionNodeCmp> FnTreeType;
+
+  GlobalNumberState GlobalNumbers;
 
   /// A work queue of functions that may have been modified and should be
   /// analyzed again.
   std::vector<WeakVH> Deferred;
 
-  /// Insert a ComparableFunction into the FnSet, or merge it away if it's
+  /// Checks the rules of order relation introduced among functions set.
+  /// Returns true, if sanity check has been passed, and false if failed.
+  bool doSanityCheck(std::vector<WeakVH> &Worklist);
+
+  /// Insert a ComparableFunction into the FnTree, or merge it away if it's
   /// equal to one that's already present.
-  bool insert(ComparableFunction &NewF);
+  bool insert(Function *NewFunction);
 
-  /// Remove a Function from the FnSet and queue it up for a second sweep of
+  /// Remove a Function from the FnTree and queue it up for a second sweep of
   /// analysis.
   void remove(Function *F);
 
-  /// Find the functions that use this Value and remove them from FnSet and
+  /// Find the functions that use this Value and remove them from FnTree and
   /// queue the functions.
   void removeUsers(Value *V);
 
@@ -990,18 +1385,24 @@ private:
   /// Replace G with an alias to F. Deletes G.
   void writeAlias(Function *F, Function *G);
 
-  /// The set of all distinct functions. Use the insert() and remove() methods
-  /// to modify it.
-  FnSetType FnSet;
+  /// Replace function F with function G in the function tree.
+  void replaceFunctionInTree(const FunctionNode &FN, Function *G);
 
-  /// DataLayout for more accurate GEP comparisons. May be NULL.
-  const DataLayout *DL;
+  /// The set of all distinct functions. Use the insert() and remove() methods
+  /// to modify it. The map allows efficient lookup and deferring of Functions.
+  FnTreeType FnTree;
+  // Map functions to the iterators of the FunctionNode which contains them
+  // in the FnTree. This must be updated carefully whenever the FnTree is
+  // modified, i.e. in insert(), remove(), and replaceFunctionInTree(), to avoid
+  // dangling iterators into FnTree. The invariant that preserves this is that
+  // there is exactly one mapping F -> FN for each FunctionNode FN in FnTree.
+  ValueMap<Function*, FnTreeType::iterator> FNodesInTree;
 
   /// Whether or not the target supports global aliases.
   bool HasGlobalAliases;
 };
 
-}  // end anonymous namespace
+} // end anonymous namespace
 
 char MergeFunctions::ID = 0;
 INITIALIZE_PASS(MergeFunctions, "mergefunc", "Merge Functions", false, false)
@@ -1010,21 +1411,114 @@ ModulePass *llvm::createMergeFunctionsPass() {
   return new MergeFunctions();
 }
 
+bool MergeFunctions::doSanityCheck(std::vector<WeakVH> &Worklist) {
+  if (const unsigned Max = NumFunctionsForSanityCheck) {
+    unsigned TripleNumber = 0;
+    bool Valid = true;
+
+    dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Started for first " << Max << " functions.\n";
+
+    unsigned i = 0;
+    for (std::vector<WeakVH>::iterator I = Worklist.begin(), E = Worklist.end();
+         I != E && i < Max; ++I, ++i) {
+      unsigned j = i;
+      for (std::vector<WeakVH>::iterator J = I; J != E && j < Max; ++J, ++j) {
+        Function *F1 = cast<Function>(*I);
+        Function *F2 = cast<Function>(*J);
+        int Res1 = FunctionComparator(F1, F2, &GlobalNumbers).compare();
+        int Res2 = FunctionComparator(F2, F1, &GlobalNumbers).compare();
+
+        // If F1 <= F2, then F2 >= F1, otherwise report failure.
+        if (Res1 != -Res2) {
+          dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Non-symmetric; triple: " << TripleNumber
+                 << "\n";
+          F1->dump();
+          F2->dump();
+          Valid = false;
+        }
+
+        if (Res1 == 0)
+          continue;
+
+        unsigned k = j;
+        for (std::vector<WeakVH>::iterator K = J; K != E && k < Max;
+             ++k, ++K, ++TripleNumber) {
+          if (K == J)
+            continue;
+
+          Function *F3 = cast<Function>(*K);
+          int Res3 = FunctionComparator(F1, F3, &GlobalNumbers).compare();
+          int Res4 = FunctionComparator(F2, F3, &GlobalNumbers).compare();
+
+          bool Transitive = true;
+
+          if (Res1 != 0 && Res1 == Res4) {
+            // F1 > F2, F2 > F3 => F1 > F3
+            Transitive = Res3 == Res1;
+          } else if (Res3 != 0 && Res3 == -Res4) {
+            // F1 > F3, F3 > F2 => F1 > F2
+            Transitive = Res3 == Res1;
+          } else if (Res4 != 0 && -Res3 == Res4) {
+            // F2 > F3, F3 > F1 => F2 > F1
+            Transitive = Res4 == -Res1;
+          }
+
+          if (!Transitive) {
+            dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: Non-transitive; triple: "
+                   << TripleNumber << "\n";
+            dbgs() << "Res1, Res3, Res4: " << Res1 << ", " << Res3 << ", "
+                   << Res4 << "\n";
+            F1->dump();
+            F2->dump();
+            F3->dump();
+            Valid = false;
+          }
+        }
+      }
+    }
+
+    dbgs() << "MERGEFUNC-SANITY: " << (Valid ? "Passed." : "Failed.") << "\n";
+    return Valid;
+  }
+  return true;
+}
+
 bool MergeFunctions::runOnModule(Module &M) {
   bool Changed = false;
-  DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
-  DL = DLP ? &DLP->getDataLayout() : nullptr;
 
-  for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I) {
-    if (!I->isDeclaration() && !I->hasAvailableExternallyLinkage())
-      Deferred.push_back(WeakVH(I));
+  // All functions in the module, ordered by hash. Functions with a unique
+  // hash value are easily eliminated.
+  std::vector<std::pair<FunctionComparator::FunctionHash, Function *>>
+    HashedFuncs;
+  for (Function &Func : M) {
+    if (!Func.isDeclaration() && !Func.hasAvailableExternallyLinkage()) {
+      HashedFuncs.push_back({FunctionComparator::functionHash(Func), &Func});
+    } 
   }
-  FnSet.resize(Deferred.size());
 
+  std::stable_sort(
+      HashedFuncs.begin(), HashedFuncs.end(),
+      [](const std::pair<FunctionComparator::FunctionHash, Function *> &a,
+         const std::pair<FunctionComparator::FunctionHash, Function *> &b) {
+        return a.first < b.first;
+      });
+
+  auto S = HashedFuncs.begin();
+  for (auto I = HashedFuncs.begin(), IE = HashedFuncs.end(); I != IE; ++I) {
+    // If the hash value matches the previous value or the next one, we must
+    // consider merging it. Otherwise it is dropped and never considered again.
+    if ((I != S && std::prev(I)->first == I->first) ||
+        (std::next(I) != IE && std::next(I)->first == I->first) ) {
+      Deferred.push_back(WeakVH(I->second));
+    }
+  }
+  
   do {
     std::vector<WeakVH> Worklist;
     Deferred.swap(Worklist);
 
+    DEBUG(doSanityCheck(Worklist));
+
     DEBUG(dbgs() << "size of module: " << M.size() << '\n');
     DEBUG(dbgs() << "size of worklist: " << Worklist.size() << '\n');
 
@@ -1036,8 +1530,7 @@ bool MergeFunctions::runOnModule(Module &M) {
       Function *F = cast<Function>(*I);
       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
           !F->mayBeOverridden()) {
-        ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, DL);
-        Changed |= insert(CF);
+        Changed |= insert(F);
       }
     }
 
@@ -1051,38 +1544,18 @@ bool MergeFunctions::runOnModule(Module &M) {
       Function *F = cast<Function>(*I);
       if (!F->isDeclaration() && !F->hasAvailableExternallyLinkage() &&
           F->mayBeOverridden()) {
-        ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, DL);
-        Changed |= insert(CF);
+        Changed |= insert(F);
       }
     }
-    DEBUG(dbgs() << "size of FnSet: " << FnSet.size() << '\n');
+    DEBUG(dbgs() << "size of FnTree: " << FnTree.size() << '\n');
   } while (!Deferred.empty());
 
-  FnSet.clear();
+  FnTree.clear();
+  GlobalNumbers.clear();
 
   return Changed;
 }
 
-bool DenseMapInfo<ComparableFunction>::isEqual(const ComparableFunction &LHS,
-                                               const ComparableFunction &RHS) {
-  if (LHS.getFunc() == RHS.getFunc() &&
-      LHS.getHash() == RHS.getHash())
-    return true;
-  if (!LHS.getFunc() || !RHS.getFunc())
-    return false;
-
-  // One of these is a special "underlying pointer comparison only" object.
-  if (LHS.getDataLayout() == ComparableFunction::LookupOnly ||
-      RHS.getDataLayout() == ComparableFunction::LookupOnly)
-    return false;
-
-  assert(LHS.getDataLayout() == RHS.getDataLayout() &&
-         "Comparing functions for different targets");
-
-  return FunctionComparator(LHS.getDataLayout(), LHS.getFunc(),
-                            RHS.getFunc()).compare();
-}
-
 // Replace direct callers of Old with New.
 void MergeFunctions::replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New) {
   Constant *BitcastNew = ConstantExpr::getBitCast(New, Old->getType());
@@ -1091,6 +1564,32 @@ void MergeFunctions::replaceDirectCallers(Function *Old, Function *New) {
     ++UI;
     CallSite CS(U->getUser());
     if (CS && CS.isCallee(U)) {
+      // Transfer the called function's attributes to the call site. Due to the
+      // bitcast we will 'lose' ABI changing attributes because the 'called
+      // function' is no longer a Function* but the bitcast. Code that looks up
+      // the attributes from the called function will fail.
+
+      // FIXME: This is not actually true, at least not anymore. The callsite
+      // will always have the same ABI affecting attributes as the callee,
+      // because otherwise the original input has UB. Note that Old and New
+      // always have matching ABI, so no attributes need to be changed.
+      // Transferring other attributes may help other optimizations, but that
+      // should be done uniformly and not in this ad-hoc way.
+      auto &Context = New->getContext();
+      auto NewFuncAttrs = New->getAttributes();
+      auto CallSiteAttrs = CS.getAttributes();
+
+      CallSiteAttrs = CallSiteAttrs.addAttributes(
+          Context, AttributeSet::ReturnIndex, NewFuncAttrs.getRetAttributes());
+
+      for (unsigned argIdx = 0; argIdx < CS.arg_size(); argIdx++) {
+        AttributeSet Attrs = NewFuncAttrs.getParamAttributes(argIdx);
+        if (Attrs.getNumSlots())
+          CallSiteAttrs = CallSiteAttrs.addAttributes(Context, argIdx, Attrs);
+      }
+
+      CS.setAttributes(CallSiteAttrs);
+
       remove(CS.getInstruction()->getParent()->getParent());
       U->set(BitcastNew);
     }
@@ -1121,11 +1620,11 @@ static Value *createCast(IRBuilder<false> &Builder, Value *V, Type *DestTy) {
     Value *Result = UndefValue::get(DestTy);
     for (unsigned int I = 0, E = SrcTy->getStructNumElements(); I < E; ++I) {
       Value *Element = createCast(
-          Builder, Builder.CreateExtractValue(V, ArrayRef<unsigned int>(I)),
+          Builder, Builder.CreateExtractValue(V, makeArrayRef(I)),
           DestTy->getStructElementType(I));
 
       Result =
-          Builder.CreateInsertValue(Result, Element, ArrayRef<unsigned int>(I));
+          Builder.CreateInsertValue(Result, Element, makeArrayRef(I));
     }
     return Result;
   }
@@ -1161,15 +1660,15 @@ void MergeFunctions::writeThunk(Function *F, Function *G) {
   SmallVector<Value *, 16> Args;
   unsigned i = 0;
   FunctionType *FFTy = F->getFunctionType();
-  for (Function::arg_iterator AI = NewG->arg_begin(), AE = NewG->arg_end();
-       AI != AE; ++AI) {
-    Args.push_back(createCast(Builder, (Value*)AI, FFTy->getParamType(i)));
+  for (Argument & AI : NewG->args()) {
+    Args.push_back(createCast(Builder, &AI, FFTy->getParamType(i)));
     ++i;
   }
 
   CallInst *CI = Builder.CreateCall(F, Args);
   CI->setTailCall();
   CI->setCallingConv(F->getCallingConv());
+  CI->setAttributes(F->getAttributes());
   if (NewG->getReturnType()->isVoidTy()) {
     Builder.CreateRetVoid();
   } else {
@@ -1188,9 +1687,7 @@ void MergeFunctions::writeThunk(Function *F, Function *G) {
 
 // Replace G with an alias to F and delete G.
 void MergeFunctions::writeAlias(Function *F, Function *G) {
-  Constant *BitcastF = ConstantExpr::getBitCast(F, G->getType());
-  GlobalAlias *GA = new GlobalAlias(G->getType(), G->getLinkage(), "",
-                                    BitcastF, G->getParent());
+  auto *GA = GlobalAlias::create(G->getLinkage(), "", F);
   F->setAlignment(std::max(F->getAlignment(), G->getAlignment()));
   GA->takeName(G);
   GA->setVisibility(G->getVisibility());
@@ -1207,28 +1704,26 @@ void MergeFunctions::mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G) {
   if (F->mayBeOverridden()) {
     assert(G->mayBeOverridden());
 
-    if (HasGlobalAliases) {
-      // Make them both thunks to the same internal function.
-      Function *H = Function::Create(F->getFunctionType(), F->getLinkage(), "",
-                                     F->getParent());
-      H->copyAttributesFrom(F);
-      H->takeName(F);
-      removeUsers(F);
-      F->replaceAllUsesWith(H);
+    // Make them both thunks to the same internal function.
+    Function *H = Function::Create(F->getFunctionType(), F->getLinkage(), "",
+                                   F->getParent());
+    H->copyAttributesFrom(F);
+    H->takeName(F);
+    removeUsers(F);
+    F->replaceAllUsesWith(H);
 
-      unsigned MaxAlignment = std::max(G->getAlignment(), H->getAlignment());
+    unsigned MaxAlignment = std::max(G->getAlignment(), H->getAlignment());
 
+    if (HasGlobalAliases) {
       writeAlias(F, G);
       writeAlias(F, H);
-
-      F->setAlignment(MaxAlignment);
-      F->setLinkage(GlobalValue::PrivateLinkage);
     } else {
-      // We can't merge them. Instead, pick one and update all direct callers
-      // to call it and hope that we improve the instruction cache hit rate.
-      replaceDirectCallers(G, F);
+      writeThunk(F, G);
+      writeThunk(F, H);
     }
 
+    F->setAlignment(MaxAlignment);
+    F->setLinkage(GlobalValue::PrivateLinkage);
     ++NumDoubleWeak;
   } else {
     writeThunkOrAlias(F, G);
@@ -1237,55 +1732,91 @@ void MergeFunctions::mergeTwoFunctions(Function *F, Function *G) {
   ++NumFunctionsMerged;
 }
 
-// Insert a ComparableFunction into the FnSet, or merge it away if equal to one
+/// Replace function F by function G.
+void MergeFunctions::replaceFunctionInTree(const FunctionNode &FN,
+                                           Function *G) {
+  Function *F = FN.getFunc();
+  assert(FunctionComparator(F, G, &GlobalNumbers).compare() == 0 &&
+         "The two functions must be equal");
+  
+  auto I = FNodesInTree.find(F);
+  assert(I != FNodesInTree.end() && "F should be in FNodesInTree");
+  assert(FNodesInTree.count(G) == 0 && "FNodesInTree should not contain G");
+  
+  FnTreeType::iterator IterToFNInFnTree = I->second;
+  assert(&(*IterToFNInFnTree) == &FN && "F should map to FN in FNodesInTree.");
+  // Remove F -> FN and insert G -> FN
+  FNodesInTree.erase(I);
+  FNodesInTree.insert({G, IterToFNInFnTree});
+  // Replace F with G in FN, which is stored inside the FnTree.
+  FN.replaceBy(G);
+}
+
+// Insert a ComparableFunction into the FnTree, or merge it away if equal to one
 // that was already inserted.
-bool MergeFunctions::insert(ComparableFunction &NewF) {
-  std::pair<FnSetType::iterator, bool> Result = FnSet.insert(NewF);
+bool MergeFunctions::insert(Function *NewFunction) {
+  std::pair<FnTreeType::iterator, bool> Result =
+      FnTree.insert(FunctionNode(NewFunction));
+
   if (Result.second) {
-    DEBUG(dbgs() << "Inserting as unique: " << NewF.getFunc()->getName() << '\n');
+    assert(FNodesInTree.count(NewFunction) == 0);
+    FNodesInTree.insert({NewFunction, Result.first});
+    DEBUG(dbgs() << "Inserting as unique: " << NewFunction->getName() << '\n');
     return false;
   }
 
-  const ComparableFunction &OldF = *Result.first;
+  const FunctionNode &OldF = *Result.first;
 
   // Don't merge tiny functions, since it can just end up making the function
   // larger.
   // FIXME: Should still merge them if they are unnamed_addr and produce an
   // alias.
-  if (NewF.getFunc()->size() == 1) {
-    if (NewF.getFunc()->front().size() <= 2) {
-      DEBUG(dbgs() << NewF.getFunc()->getName()
-            << " is to small to bother merging\n");
+  if (NewFunction->size() == 1) {
+    if (NewFunction->front().size() <= 2) {
+      DEBUG(dbgs() << NewFunction->getName()
+                   << " is to small to bother merging\n");
       return false;
     }
   }
 
+  // Impose a total order (by name) on the replacement of functions. This is
+  // important when operating on more than one module independently to prevent
+  // cycles of thunks calling each other when the modules are linked together.
+  //
+  // When one function is weak and the other is strong there is an order imposed
+  // already. We process strong functions before weak functions.
+  if ((OldF.getFunc()->mayBeOverridden() && NewFunction->mayBeOverridden()) ||
+      (!OldF.getFunc()->mayBeOverridden() && !NewFunction->mayBeOverridden()))
+    if (OldF.getFunc()->getName() > NewFunction->getName()) {
+      // Swap the two functions.
+      Function *F = OldF.getFunc();
+      replaceFunctionInTree(*Result.first, NewFunction);
+      NewFunction = F;
+      assert(OldF.getFunc() != F && "Must have swapped the functions.");
+    }
+
   // Never thunk a strong function to a weak function.
-  assert(!OldF.getFunc()->mayBeOverridden() ||
-         NewF.getFunc()->mayBeOverridden());
+  assert(!OldF.getFunc()->mayBeOverridden() || NewFunction->mayBeOverridden());
 
-  DEBUG(dbgs() << "  " << OldF.getFunc()->getName() << " == "
-               << NewF.getFunc()->getName() << '\n');
+  DEBUG(dbgs() << "  " << OldF.getFunc()->getName()
+               << " == " << NewFunction->getName() << '\n');
 
-  Function *DeleteF = NewF.getFunc();
-  NewF.release();
+  Function *DeleteF = NewFunction;
   mergeTwoFunctions(OldF.getFunc(), DeleteF);
   return true;
 }
 
-// Remove a function from FnSet. If it was already in FnSet, add it to Deferred
-// so that we'll look at it in the next round.
+// Remove a function from FnTree. If it was already in FnTree, add
+// it to Deferred so that we'll look at it in the next round.
 void MergeFunctions::remove(Function *F) {
-  // We need to make sure we remove F, not a function "equal" to F per the
-  // function equality comparator.
-  //
-  // The special "lookup only" ComparableFunction bypasses the expensive
-  // function comparison in favour of a pointer comparison on the underlying
-  // Function*'s.
-  ComparableFunction CF = ComparableFunction(F, ComparableFunction::LookupOnly);
-  if (FnSet.erase(CF)) {
-    DEBUG(dbgs() << "Removed " << F->getName() << " from set and deferred it.\n");
-    Deferred.push_back(F);
+  auto I = FNodesInTree.find(F);
+  if (I != FNodesInTree.end()) {
+    DEBUG(dbgs() << "Deferred " << F->getName()<< ".\n");
+    FnTree.erase(I->second);
+    // I->second has been invalidated, remove it from the FNodesInTree map to
+    // preserve the invariant.
+    FNodesInTree.erase(I);
+    Deferred.emplace_back(F);
   }
 }
 
@@ -1294,6 +1825,8 @@ void MergeFunctions::remove(Function *F) {
 void MergeFunctions::removeUsers(Value *V) {
   std::vector<Value *> Worklist;
   Worklist.push_back(V);
+  SmallSet<Value*, 8> Visited;
+  Visited.insert(V);
   while (!Worklist.empty()) {
     Value *V = Worklist.back();
     Worklist.pop_back();
@@ -1304,8 +1837,10 @@ void MergeFunctions::removeUsers(Value *V) {
       } else if (isa<GlobalValue>(U)) {
         // do nothing
       } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
-        for (User *UU : C->users())
-          Worklist.push_back(UU);
+        for (User *UU : C->users()) {
+          if (!Visited.insert(UU).second)
+            Worklist.push_back(UU);
+        }
       }
     }
   }