SimplifyCFG: check uses of constant-foldable instrs in switch destinations (PR20210)
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
index cb56abe294e0249e5ab484a2f7b44407d7953ea4..50ebdb77158350a392056525e65586ad8b46d909 100644 (file)
@@ -44,6 +44,7 @@
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
+#include "llvm/Transforms/Utils/ValueMapper.h"
 #include <algorithm>
 #include <map>
 #include <set>
@@ -69,12 +70,24 @@ static cl::opt<bool> HoistCondStores(
     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
 
 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
+STATISTIC(NumLinearMaps, "Number of switch instructions turned into linear mapping");
 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
+STATISTIC(NumTableCmpReuses, "Number of reused switch table lookup compares");
 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
 
 namespace {
+  // The first field contains the value that the switch produces when a certain
+  // case group is selected, and the second field is a vector containing the cases
+  // composing the case group.
+  typedef SmallVector<std::pair<Constant *, SmallVector<ConstantInt *, 4>>, 2>
+    SwitchCaseResultVectorTy;
+  // The first field contains the phi node that generates a result of the switch
+  // and the second field contains the value generated for a certain case in the switch
+  // for that PHI.
+  typedef SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 4> SwitchCaseResultsTy;
+
   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
   struct ValueEqualityComparisonCase {
     ConstantInt *Value;
@@ -93,7 +106,9 @@ namespace {
 
 class SimplifyCFGOpt {
   const TargetTransformInfo &TTI;
+  unsigned BonusInstThreshold;
   const DataLayout *const DL;
+  AssumptionCache *AC;
   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
@@ -112,8 +127,9 @@ class SimplifyCFGOpt {
   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
 
 public:
-  SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *DL)
-      : TTI(TTI), DL(DL) {}
+  SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, unsigned BonusInstThreshold,
+                 const DataLayout *DL, AssumptionCache *AC)
+      : TTI(TTI), BonusInstThreshold(BonusInstThreshold), DL(DL), AC(AC) {}
   bool run(BasicBlock *BB);
 };
 }
@@ -342,114 +358,177 @@ static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *DL) {
   return nullptr;
 }
 
-/// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
-/// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
-/// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
-/// Values vector.
-static Value *
-GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
-                       const DataLayout *DL, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
-  Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
-  if (!I) return nullptr;
-
-  // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
-  if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
-    if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)) {
-      Value *RHSVal;
-      ConstantInt *RHSC;
-
-      if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
-        // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
-        // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
-        if (match(ICI->getOperand(0),
-                  m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
-          APInt Not = ~RHSC->getValue();
-          if (Not.isPowerOf2()) {
-            Vals.push_back(C);
-            Vals.push_back(
-                ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue() | Not));
-            UsedICmps++;
-            return RHSVal;
-          }
-        }
+namespace {
+
+/// Given a chain of or (||) or and (&&) comparison of a value against a
+/// constant, this will try to recover the information required for a switch
+/// structure.
+/// It will depth-first traverse the chain of comparison, seeking for patterns
+/// like %a == 12 or %a < 4 and combine them to produce a set of integer
+/// representing the different cases for the switch.
+/// Note that if the chain is composed of '||' it will build the set of elements
+/// that matches the comparisons (i.e. any of this value validate the chain)
+/// while for a chain of '&&' it will build the set elements that make the test
+/// fail.
+struct ConstantComparesGatherer {
+
+  Value *CompValue; /// Value found for the switch comparison
+  Value *Extra;     /// Extra clause to be checked before the switch
+  SmallVector<ConstantInt *, 8> Vals; /// Set of integers to match in switch
+  unsigned UsedICmps; /// Number of comparisons matched in the and/or chain
+
+  /// Construct and compute the result for the comparison instruction Cond
+  ConstantComparesGatherer(Instruction *Cond, const DataLayout *DL)
+      : CompValue(nullptr), Extra(nullptr), UsedICmps(0) {
+    gather(Cond, DL);
+  }
+
+  /// Prevent copy
+  ConstantComparesGatherer(const ConstantComparesGatherer &)
+      LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  ConstantComparesGatherer &
+  operator=(const ConstantComparesGatherer &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+private:
+
+  /// Try to set the current value used for the comparison, it succeeds only if
+  /// it wasn't set before or if the new value is the same as the old one
+  bool setValueOnce(Value *NewVal) {
+    if(CompValue && CompValue != NewVal) return false;
+    CompValue = NewVal;
+    return (CompValue != nullptr);
+  }
+
+  /// Try to match Instruction "I" as a comparison against a constant and
+  /// populates the array Vals with the set of values that match (or do not
+  /// match depending on isEQ).
+  /// Return false on failure. On success, the Value the comparison matched
+  /// against is placed in CompValue.
+  /// If CompValue is already set, the function is expected to fail if a match
+  /// is found but the value compared to is different.
+  bool matchInstruction(Instruction *I, const DataLayout *DL, bool isEQ) {
+    // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
+    ICmpInst *ICI;
+    ConstantInt *C;
+    if (!((ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) &&
+             (C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)))) {
+      return false;
+    }
 
-        UsedICmps++;
-        Vals.push_back(C);
-        return I->getOperand(0);
+    Value *RHSVal;
+    ConstantInt *RHSC;
+
+    // Pattern match a special case
+    // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
+    // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
+    if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
+      if (match(ICI->getOperand(0),
+                m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
+        APInt Not = ~RHSC->getValue();
+        if (Not.isPowerOf2()) {
+          // If we already have a value for the switch, it has to match!
+          if(!setValueOnce(RHSVal))
+            return false;
+
+          Vals.push_back(C);
+          Vals.push_back(ConstantInt::get(C->getContext(),
+                                          C->getValue() | Not));
+          UsedICmps++;
+          return true;
+        }
       }
 
-      // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
-      // the set.
-      ConstantRange Span =
-        ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
-
-      // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
-      // compare idiom as emitted by instcombine.
-      bool hasAdd =
-          match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)));
-      if (hasAdd)
-        Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
-
-      // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
-      // x != 0 && x != 1.
-      if (!isEQ)
-        Span = Span.inverse();
-
-      // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
-      if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
-        return nullptr;
-
-      for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
-        Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
+      // If we already have a value for the switch, it has to match!
+      if(!setValueOnce(ICI->getOperand(0)))
+        return false;
+
       UsedICmps++;
-      return hasAdd ? RHSVal : I->getOperand(0);
+      Vals.push_back(C);
+      return ICI->getOperand(0);
     }
-    return nullptr;
-  }
 
-  // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
-  if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
-    return nullptr;
+    // If we have "x ult 3", for example, then we can add 0,1,2 to the set.
+    ConstantRange Span = ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(),
+                                                       C->getValue());
 
-  unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
-  unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
-  if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, DL,
-                                          isEQ, UsedICmps)) {
-    unsigned NumVals = Vals.size();
-    unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
-    if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, DL,
-                                            isEQ, UsedICmps)) {
-      if (LHS == RHS)
-        return LHS;
-      Vals.resize(NumVals);
-      UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
+    // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
+    // compare idiom as emitted by instcombine.
+    Value *CandidateVal = I->getOperand(0);
+    if(match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
+      Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
+      CandidateVal = RHSVal;
     }
 
-    // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
-    // set it and return success.
-    if (Extra == nullptr || Extra == I->getOperand(1)) {
-      Extra = I->getOperand(1);
-      return LHS;
+    // If this is an and/!= check, then we are looking to build the set of
+    // value that *don't* pass the and chain. I.e. to turn "x ugt 2" into
+    // x != 0 && x != 1.
+    if (!isEQ)
+      Span = Span.inverse();
+
+    // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
+    if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet()) {
+      return false;
     }
 
-    Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
-    UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
-    return nullptr;
+    // If we already have a value for the switch, it has to match!
+    if(!setValueOnce(CandidateVal))
+      return false;
+
+    // Add all values from the range to the set
+    for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
+      Vals.push_back(ConstantInt::get(I->getContext(), Tmp));
+
+    UsedICmps++;
+    return true;
+
   }
 
-  // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
-  // use LHS as Extra.
-  if (Extra == nullptr || Extra == I->getOperand(0)) {
-    Value *OldExtra = Extra;
-    Extra = I->getOperand(0);
-    if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, DL,
-                                            isEQ, UsedICmps))
-      return RHS;
-    assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
-    Extra = OldExtra;
+  /// gather - Given a potentially 'or'd or 'and'd together collection of icmp
+  /// eq/ne/lt/gt instructions that compare a value against a constant, extract
+  /// the value being compared, and stick the list constants into the Vals
+  /// vector.
+  /// One "Extra" case is allowed to differ from the other.
+  void gather(Value *V, const DataLayout *DL) {
+    Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
+    bool isEQ = (I->getOpcode() == Instruction::Or);
+
+    // Keep a stack (SmallVector for efficiency) for depth-first traversal
+    SmallVector<Value *, 8> DFT;
+
+    // Initialize
+    DFT.push_back(V);
+
+    while(!DFT.empty()) {
+      V = DFT.pop_back_val();
+
+      if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
+        // If it is a || (or && depending on isEQ), process the operands.
+        if (I->getOpcode() == (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And)) {
+          DFT.push_back(I->getOperand(1));
+          DFT.push_back(I->getOperand(0));
+          continue;
+        }
+
+        // Try to match the current instruction
+        if (matchInstruction(I, DL, isEQ))
+          // Match succeed, continue the loop
+          continue;
+      }
+
+      // One element of the sequence of || (or &&) could not be match as a
+      // comparison against the same value as the others.
+      // We allow only one "Extra" case to be checked before the switch
+      if (!Extra) {
+        Extra = V;
+        continue;
+      }
+      // Failed to parse a proper sequence, abort now
+      CompValue = nullptr;
+      break;
+    }
   }
+};
 
-  return nullptr;
 }
 
 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
@@ -629,13 +708,12 @@ SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
 
     // Collect branch weights into a vector.
     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
-    MDNodeMD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
+    MDNode *MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
     if (HasWeight)
       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
            ++MD_i) {
-        ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
-        assert(CI);
+        ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
       }
     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
@@ -724,7 +802,7 @@ static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
 }
 
 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
-  MDNodeProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
+  MDNode *ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
       return MDS->getString().equals("branch_weights");
@@ -737,10 +815,10 @@ static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
 /// metadata.
 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
-  MDNodeMD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
+  MDNode *MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
   assert(MD);
   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
-    ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
+    ConstantInt *CI = mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
   }
 
@@ -996,6 +1074,8 @@ static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
   return true;
 }
 
+static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I);
+
 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
@@ -1045,7 +1125,8 @@ static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
       LLVMContext::MD_tbaa,
       LLVMContext::MD_range,
       LLVMContext::MD_fpmath,
-      LLVMContext::MD_invariant_load
+      LLVMContext::MD_invariant_load,
+      LLVMContext::MD_nonnull
     };
     combineMetadata(I1, I2, KnownIDs);
     I2->eraseFromParent();
@@ -1080,6 +1161,12 @@ HoistTerminator:
       if (BB1V == BB2V)
         continue;
 
+      // Check for passingValueIsAlwaysUndefined here because we would rather
+      // eliminate undefined control flow then converting it to a select.
+      if (passingValueIsAlwaysUndefined(BB1V, PN) ||
+          passingValueIsAlwaysUndefined(BB2V, PN))
+       return Changed;
+
       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V, DL))
         return Changed;
       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V, DL))
@@ -1157,14 +1244,13 @@ static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
     return false;
 
   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
-  std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
+  SmallDenseMap<std::pair<Value *, Value *>, PHINode *> JointValueMap;
   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
-  for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
-       I != E; ++I) {
+  for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end(); I != E; ++I) {
     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
-      MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
+      JointValueMap[std::make_pair(BB1V, BB2V)] = PN;
     } else {
       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
       break;
@@ -1173,13 +1259,13 @@ static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
     return false;
 
-
   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
   // instructions in an identical order.
   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
-      RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
-      RE2 = BB2->getInstList().rend();
+                                             RE1 = BB1->getInstList().rend(),
+                                             RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
+                                             RE2 = BB2->getInstList().rend();
   // Skip debug info.
   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
   if (RI1 == RE1)
@@ -1202,6 +1288,7 @@ static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
       return Changed;
 
     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
+    auto InstPair = std::make_pair(I1, I2);
     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
     // perform the same operation.
     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
@@ -1212,11 +1299,11 @@ static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
-        MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
-        MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
+        !JointValueMap.count(InstPair))
       return Changed;
 
     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
+    // TODO: Add support of communativity.
     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
     bool SwapOpnds = false;
     if (ICmp1 && ICmp2 &&
@@ -1237,16 +1324,13 @@ static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
     // a single pair of different operands.
     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
-    unsigned Op1Idx = 0;
+    unsigned Op1Idx = ~0U;
     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
         continue;
-      // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
-      // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
-      // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
-      if (DifferentOp1 ||
-          MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
-          MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
+      // Early exit if we have more-than one pair of different operands or if
+      // we need a PHI node to replace a constant.
+      if (Op1Idx != ~0U ||
           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
@@ -1259,24 +1343,27 @@ static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
     }
 
-    // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
-    // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
-    if (DifferentOp1) {
-      PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
-                                       DifferentOp1->getName() + ".sink",
-                                       BBEnd->begin());
-      MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
+    DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n");
+    DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n");
+
+    // We insert the pair of different operands to JointValueMap and
+    // remove (I1, I2) from JointValueMap.
+    if (Op1Idx != ~0U) {
+      auto &NewPN = JointValueMap[std::make_pair(DifferentOp1, DifferentOp2)];
+      if (!NewPN) {
+        NewPN =
+            PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
+                            DifferentOp1->getName() + ".sink", BBEnd->begin());
+        NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
+        NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
+        DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
+      }
       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
-      NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
-      NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
-      DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
     }
-    PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
-    MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
+    PHINode *OldPN = JointValueMap[InstPair];
+    JointValueMap.erase(InstPair);
 
-    DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
-    DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
     // instruction in the basic block down.
     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
@@ -1289,6 +1376,8 @@ static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
     if (!I2->use_empty())
       I2->replaceAllUsesWith(I1);
     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
+    // TODO: Use combineMetadata here to preserve what metadata we can
+    // (analogous to the hoisting case above).
     I2->eraseFromParent();
 
     if (UpdateRE1)
@@ -1494,6 +1583,11 @@ static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
     if (ThenV == OrigV)
       continue;
 
+    // Don't convert to selects if we could remove undefined behavior instead.
+    if (passingValueIsAlwaysUndefined(OrigV, PN) ||
+        passingValueIsAlwaysUndefined(ThenV, PN))
+      return false;
+
     HaveRewritablePHIs = true;
     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
@@ -1942,8 +2036,10 @@ static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
-  ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
-  ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
+  ConstantInt *CITrue =
+      mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
+  ConstantInt *CIFalse =
+      mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
@@ -1971,7 +2067,8 @@ static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
-bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
+bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
+                                  unsigned BonusInstThreshold) {
   BasicBlock *BB = BI->getParent();
 
   Instruction *Cond = nullptr;
@@ -2008,33 +2105,6 @@ bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
   return false;
 
-  // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
-  // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
-  // must be at the front of the block.
-  BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
-
-  // Ignore dbg intrinsics.
-  while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
-
-  // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
-  // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
-  // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
-  // register pressure or inhibit out-of-order execution.
-  Instruction *BonusInst = nullptr;
-  if (&*FrontIt != Cond &&
-      FrontIt->hasOneUse() && FrontIt->user_back() == Cond &&
-      isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt, DL)) {
-    BonusInst = &*FrontIt;
-    ++FrontIt;
-
-    // Ignore dbg intrinsics.
-    while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
-  }
-
-  // Only a single bonus inst is allowed.
-  if (&*FrontIt != Cond)
-    return false;
-
   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
 
@@ -2044,6 +2114,31 @@ bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
   if (&*CondIt != BI)
     return false;
 
+  // Only allow this transformation if computing the condition doesn't involve
+  // too many instructions and these involved instructions can be executed
+  // unconditionally. We denote all involved instructions except the condition
+  // as "bonus instructions", and only allow this transformation when the
+  // number of the bonus instructions does not exceed a certain threshold.
+  unsigned NumBonusInsts = 0;
+  for (auto I = BB->begin(); Cond != I; ++I) {
+    // Ignore dbg intrinsics.
+    if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
+      continue;
+    if (!I->hasOneUse() || !isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
+      return false;
+    // I has only one use and can be executed unconditionally.
+    Instruction *User = dyn_cast<Instruction>(I->user_back());
+    if (User == nullptr || User->getParent() != BB)
+      return false;
+    // I is used in the same BB. Since BI uses Cond and doesn't have more slots
+    // to use any other instruction, User must be an instruction between next(I)
+    // and Cond.
+    ++NumBonusInsts;
+    // Early exits once we reach the limit.
+    if (NumBonusInsts > BonusInstThreshold)
+      return false;
+  }
+
   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
@@ -2094,49 +2189,6 @@ bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
         continue;
     }
 
-    // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
-    // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
-    // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
-    // out-of-order core by speculating them earlier. We also allow
-    // instructions that are used by the terminator's condition because it
-    // exposes more merging opportunities.
-    bool UsedByBranch = (BonusInst && BonusInst->hasOneUse() &&
-                         BonusInst->user_back() == Cond);
-
-    if (BonusInst && !UsedByBranch) {
-      // Collect the values used by the bonus inst
-      SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
-      for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
-           OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
-        Value *V = *OI;
-        if (!isa<Constant>(V) && !isa<Argument>(V))
-          UsedValues.insert(V);
-      }
-
-      SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
-      Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
-
-      // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
-      // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
-      // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
-      while (!Worklist.empty()) {
-        std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
-        Worklist.pop_back();
-
-        if (Pair.second >= 4) continue;
-        UsedValues.erase(Pair.first);
-        if (UsedValues.empty()) break;
-
-        if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
-          for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
-               OI != OE; ++OI)
-            Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
-        }
-      }
-
-      if (!UsedValues.empty()) return false;
-    }
-
     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
     IRBuilder<> Builder(PBI);
 
@@ -2156,30 +2208,41 @@ bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
       PBI->swapSuccessors();
     }
 
-    // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
-    Instruction *NewBonus = nullptr;
-    if (BonusInst) {
-      NewBonus = BonusInst->clone();
+    // If we have bonus instructions, clone them into the predecessor block.
+    // Note that there may be mutliple predecessor blocks, so we cannot move
+    // bonus instructions to a predecessor block.
+    ValueToValueMapTy VMap; // maps original values to cloned values
+    // We already make sure Cond is the last instruction before BI. Therefore,
+    // every instructions before Cond other than DbgInfoIntrinsic are bonus
+    // instructions.
+    for (auto BonusInst = BB->begin(); Cond != BonusInst; ++BonusInst) {
+      if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BonusInst))
+        continue;
+      Instruction *NewBonusInst = BonusInst->clone();
+      RemapInstruction(NewBonusInst, VMap,
+                       RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
+      VMap[BonusInst] = NewBonusInst;
 
       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
       // its potential value. The previous information might have been valid
       // only given the branch precondition.
       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
       // semantics we don't understand.
-      NewBonus->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
+      NewBonusInst->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
 
-      PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
-      NewBonus->takeName(BonusInst);
-      BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
+      PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonusInst);
+      NewBonusInst->takeName(BonusInst);
+      BonusInst->setName(BonusInst->getName() + ".old");
     }
 
     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
     // two conditions together.
     Instruction *New = Cond->clone();
-    if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
+    RemapInstruction(New, VMap,
+                     RF_NoModuleLevelChanges | RF_IgnoreMissingEntries);
     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
     New->takeName(Cond);
-    Cond->setName(New->getName()+".old");
+    Cond->setName(New->getName() + ".old");
 
     if (BI->isConditional()) {
       Instruction *NewCond =
@@ -2657,7 +2720,7 @@ static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
-    const DataLayout *DL) {
+    unsigned BonusInstThreshold, const DataLayout *DL, AssumptionCache *AC) {
   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
 
   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
@@ -2690,7 +2753,7 @@ static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
       ICI->eraseFromParent();
     }
     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
-    return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+    return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
   }
 
   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
@@ -2706,7 +2769,7 @@ static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
     ICI->replaceAllUsesWith(V);
     ICI->eraseFromParent();
     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
-    return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+    return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
   }
 
   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
@@ -2767,24 +2830,17 @@ static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
   if (!Cond) return false;
 
-
   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
   // 'setne's and'ed together, collect them.
-  Value *CompVal = nullptr;
-  std::vector<ConstantInt*> Values;
-  bool TrueWhenEqual = true;
-  Value *ExtraCase = nullptr;
-  unsigned UsedICmps = 0;
-
-  if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
-    CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, DL, true,
-                                     UsedICmps);
-  } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
-    CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, DL, false,
-                                     UsedICmps);
-    TrueWhenEqual = false;
-  }
+
+  // Try to gather values from a chain of and/or to be turned into a switch
+  ConstantComparesGatherer ConstantCompare(Cond, DL);
+  // Unpack the result
+  SmallVectorImpl<ConstantInt*> &Values = ConstantCompare.Vals;
+  Value *CompVal = ConstantCompare.CompValue;
+  unsigned UsedICmps = ConstantCompare.UsedICmps;
+  Value *ExtraCase = ConstantCompare.Extra;
 
   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
   if (!CompVal) return false;
@@ -2793,6 +2849,8 @@ static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
   if (UsedICmps <= 1)
     return false;
 
+  bool TrueWhenEqual = (Cond->getOpcode() == Instruction::Or);
+
   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
   // instruction can't handle, remove them now.
   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
@@ -3216,11 +3274,12 @@ static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
 
 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
 /// and use it to remove dead cases.
-static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
+static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI, const DataLayout *DL,
+                                     AssumptionCache *AC) {
   Value *Cond = SI->getCondition();
   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
-  computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
+  computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne, DL, 0, AC, SI);
 
   // Gather dead cases.
   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
@@ -3427,6 +3486,21 @@ GetCaseResults(SwitchInst *SI,
       continue;
     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool, DL)) {
       // Instruction is side-effect free and constant.
+
+      // If the instruction has uses outside this block or a phi node slot for
+      // the block, it is not safe to bypass the instruction since it would then
+      // no longer dominate all its uses.
+      for (auto &Use : I->uses()) {
+        User *User = Use.getUser();
+        if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(User))
+          if (I->getParent() == CaseDest)
+            continue;
+        if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(User))
+          if (Phi->getIncomingBlock(Use) == CaseDest)
+            continue;
+        return false;
+      }
+
       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
     } else {
       break;
@@ -3452,12 +3526,6 @@ GetCaseResults(SwitchInst *SI,
     if (!ConstVal)
       return false;
 
-    // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
-    // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
-    // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
-    // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
-    // successor. If it did, we would not be in this phi node.
-
     // Be conservative about which kinds of constants we support.
     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
       return false;
@@ -3468,6 +3536,163 @@ GetCaseResults(SwitchInst *SI,
   return Res.size() > 0;
 }
 
+// MapCaseToResult - Helper function used to
+// add CaseVal to the list of cases that generate Result.
+static void MapCaseToResult(ConstantInt *CaseVal,
+    SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
+    Constant *Result) {
+  for (auto &I : UniqueResults) {
+    if (I.first == Result) {
+      I.second.push_back(CaseVal);
+      return;
+    }
+  }
+  UniqueResults.push_back(std::make_pair(Result,
+        SmallVector<ConstantInt*, 4>(1, CaseVal)));
+}
+
+// InitializeUniqueCases - Helper function that initializes a map containing
+// results for the PHI node of the common destination block for a switch
+// instruction. Returns false if multiple PHI nodes have been found or if
+// there is not a common destination block for the switch.
+static bool InitializeUniqueCases(
+    SwitchInst *SI, const DataLayout *DL, PHINode *&PHI,
+    BasicBlock *&CommonDest,
+    SwitchCaseResultVectorTy &UniqueResults,
+    Constant *&DefaultResult) {
+  for (auto &I : SI->cases()) {
+    ConstantInt *CaseVal = I.getCaseValue();
+
+    // Resulting value at phi nodes for this case value.
+    SwitchCaseResultsTy Results;
+    if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, I.getCaseSuccessor(), &CommonDest, Results,
+                        DL))
+      return false;
+
+    // Only one value per case is permitted
+    if (Results.size() > 1)
+      return false;
+    MapCaseToResult(CaseVal, UniqueResults, Results.begin()->second);
+
+    // Check the PHI consistency.
+    if (!PHI)
+      PHI = Results[0].first;
+    else if (PHI != Results[0].first)
+      return false;
+  }
+  // Find the default result value.
+  SmallVector<std::pair<PHINode *, Constant *>, 1> DefaultResults;
+  BasicBlock *DefaultDest = SI->getDefaultDest();
+  GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(), &CommonDest, DefaultResults,
+                 DL);
+  // If the default value is not found abort unless the default destination
+  // is unreachable.
+  DefaultResult =
+      DefaultResults.size() == 1 ? DefaultResults.begin()->second : nullptr;
+  if ((!DefaultResult &&
+        !isa<UnreachableInst>(DefaultDest->getFirstNonPHIOrDbg())))
+    return false;
+
+  return true;
+}
+
+// ConvertTwoCaseSwitch - Helper function that checks if it is possible to
+// transform a switch with only two cases (or two cases + default)
+// that produces a result into a value select.
+// Example:
+// switch (a) {
+//   case 10:                %0 = icmp eq i32 %a, 10
+//     return 10;            %1 = select i1 %0, i32 10, i32 4
+//   case 20:        ---->   %2 = icmp eq i32 %a, 20
+//     return 2;             %3 = select i1 %2, i32 2, i32 %1
+//   default:
+//     return 4;
+// }
+static Value *
+ConvertTwoCaseSwitch(const SwitchCaseResultVectorTy &ResultVector,
+                     Constant *DefaultResult, Value *Condition,
+                     IRBuilder<> &Builder) {
+  assert(ResultVector.size() == 2 &&
+      "We should have exactly two unique results at this point");
+  // If we are selecting between only two cases transform into a simple
+  // select or a two-way select if default is possible.
+  if (ResultVector[0].second.size() == 1 &&
+      ResultVector[1].second.size() == 1) {
+    ConstantInt *const FirstCase = ResultVector[0].second[0];
+    ConstantInt *const SecondCase = ResultVector[1].second[0];
+
+    bool DefaultCanTrigger = DefaultResult;
+    Value *SelectValue = ResultVector[1].first;
+    if (DefaultCanTrigger) {
+      Value *const ValueCompare =
+          Builder.CreateICmpEQ(Condition, SecondCase, "switch.selectcmp");
+      SelectValue = Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[1].first,
+                                         DefaultResult, "switch.select");
+    }
+    Value *const ValueCompare =
+        Builder.CreateICmpEQ(Condition, FirstCase, "switch.selectcmp");
+    return Builder.CreateSelect(ValueCompare, ResultVector[0].first, SelectValue,
+                                "switch.select");
+  }
+
+  return nullptr;
+}
+
+// RemoveSwitchAfterSelectConversion - Helper function to cleanup a switch
+// instruction that has been converted into a select, fixing up PHI nodes and
+// basic blocks.
+static void RemoveSwitchAfterSelectConversion(SwitchInst *SI, PHINode *PHI,
+                                              Value *SelectValue,
+                                              IRBuilder<> &Builder) {
+  BasicBlock *SelectBB = SI->getParent();
+  while (PHI->getBasicBlockIndex(SelectBB) >= 0)
+    PHI->removeIncomingValue(SelectBB);
+  PHI->addIncoming(SelectValue, SelectBB);
+
+  Builder.CreateBr(PHI->getParent());
+
+  // Remove the switch.
+  for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
+    BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
+
+    if (Succ == PHI->getParent())
+      continue;
+    Succ->removePredecessor(SelectBB);
+  }
+  SI->eraseFromParent();
+}
+
+/// SwitchToSelect - If the switch is only used to initialize one or more
+/// phi nodes in a common successor block with only two different
+/// constant values, replace the switch with select.
+static bool SwitchToSelect(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder,
+                           const DataLayout *DL, AssumptionCache *AC) {
+  Value *const Cond = SI->getCondition();
+  PHINode *PHI = nullptr;
+  BasicBlock *CommonDest = nullptr;
+  Constant *DefaultResult;
+  SwitchCaseResultVectorTy UniqueResults;
+  // Collect all the cases that will deliver the same value from the switch.
+  if (!InitializeUniqueCases(SI, DL, PHI, CommonDest, UniqueResults,
+                             DefaultResult))
+    return false;
+  // Selects choose between maximum two values.
+  if (UniqueResults.size() != 2)
+    return false;
+  assert(PHI != nullptr && "PHI for value select not found");
+
+  Builder.SetInsertPoint(SI);
+  Value *SelectValue = ConvertTwoCaseSwitch(
+      UniqueResults,
+      DefaultResult, Cond, Builder);
+  if (SelectValue) {
+    RemoveSwitchAfterSelectConversion(SI, PHI, SelectValue, Builder);
+    return true;
+  }
+  // The switch couldn't be converted into a select.
+  return false;
+}
+
 namespace {
   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
   /// to replace a switch.
@@ -3501,6 +3726,11 @@ namespace {
       // store that single value and return it for each lookup.
       SingleValueKind,
 
+      // For tables where there is a linear relationship between table index
+      // and values. We calculate the result with a simple multiplication
+      // and addition instead of a table lookup.
+      LinearMapKind,
+
       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
       // shift and mask operations.
@@ -3518,6 +3748,10 @@ namespace {
     ConstantInt *BitMap;
     IntegerType *BitMapElementTy;
 
+    // For LinearMapKind, these are the constants used to derive the value.
+    ConstantInt *LinearOffset;
+    ConstantInt *LinearMultiplier;
+
     // For ArrayKind, this is the array.
     GlobalVariable *Array;
   };
@@ -3530,7 +3764,7 @@ SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
                                      Constant *DefaultValue,
                                      const DataLayout *DL)
     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
-      Array(nullptr) {
+      LinearOffset(nullptr), LinearMultiplier(nullptr), Array(nullptr) {
   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
 
@@ -3575,6 +3809,43 @@ SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
     return;
   }
 
+  // Check if we can derive the value with a linear transformation from the
+  // table index.
+  if (isa<IntegerType>(ValueType)) {
+    bool LinearMappingPossible = true;
+    APInt PrevVal;
+    APInt DistToPrev;
+    assert(TableSize >= 2 && "Should be a SingleValue table.");
+    // Check if there is the same distance between two consecutive values.
+    for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
+      ConstantInt *ConstVal = dyn_cast<ConstantInt>(TableContents[I]);
+      if (!ConstVal) {
+        // This is an undef. We could deal with it, but undefs in lookup tables
+        // are very seldom. It's probably not worth the additional complexity.
+        LinearMappingPossible = false;
+        break;
+      }
+      APInt Val = ConstVal->getValue();
+      if (I != 0) {
+        APInt Dist = Val - PrevVal;
+        if (I == 1) {
+          DistToPrev = Dist;
+        } else if (Dist != DistToPrev) {
+          LinearMappingPossible = false;
+          break;
+        }
+      }
+      PrevVal = Val;
+    }
+    if (LinearMappingPossible) {
+      LinearOffset = cast<ConstantInt>(TableContents[0]);
+      LinearMultiplier = ConstantInt::get(M.getContext(), DistToPrev);
+      Kind = LinearMapKind;
+      ++NumLinearMaps;
+      return;
+    }
+  }
+
   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
@@ -3610,6 +3881,16 @@ Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
   switch (Kind) {
     case SingleValueKind:
       return SingleValue;
+    case LinearMapKind: {
+      // Derive the result value from the input value.
+      Value *Result = Builder.CreateIntCast(Index, LinearMultiplier->getType(),
+                                            false, "switch.idx.cast");
+      if (!LinearMultiplier->isOne())
+        Result = Builder.CreateMul(Result, LinearMultiplier, "switch.idx.mult");
+      if (!LinearOffset->isZero())
+        Result = Builder.CreateAdd(Result, LinearOffset, "switch.offset");
+      return Result;
+    }
     case BitMapKind: {
       // Type of the bitmap (e.g. i59).
       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
@@ -3681,9 +3962,8 @@ static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
 
   bool AllTablesFitInRegister = true;
   bool HasIllegalType = false;
-  for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
-       E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
-    Type *Ty = I->second;
+  for (const auto &I : ResultTypes) {
+    Type *Ty = I.second;
 
     // Saturate this flag to true.
     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
@@ -3713,6 +3993,89 @@ static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
 }
 
+/// Try to reuse the switch table index compare. Following pattern:
+/// \code
+///     if (idx < tablesize)
+///        r = table[idx]; // table does not contain default_value
+///     else
+///        r = default_value;
+///     if (r != default_value)
+///        ...
+/// \endcode
+/// Is optimized to:
+/// \code
+///     cond = idx < tablesize;
+///     if (cond)
+///        r = table[idx];
+///     else
+///        r = default_value;
+///     if (cond)
+///        ...
+/// \endcode
+/// Jump threading will then eliminate the second if(cond).
+static void reuseTableCompare(User *PhiUser, BasicBlock *PhiBlock,
+          BranchInst *RangeCheckBranch, Constant *DefaultValue,
+          const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values) {
+
+  ICmpInst *CmpInst = dyn_cast<ICmpInst>(PhiUser);
+  if (!CmpInst)
+    return;
+
+  // We require that the compare is in the same block as the phi so that jump
+  // threading can do its work afterwards.
+  if (CmpInst->getParent() != PhiBlock)
+    return;
+
+  Constant *CmpOp1 = dyn_cast<Constant>(CmpInst->getOperand(1));
+  if (!CmpOp1)
+    return;
+
+  Value *RangeCmp = RangeCheckBranch->getCondition();
+  Constant *TrueConst = ConstantInt::getTrue(RangeCmp->getType());
+  Constant *FalseConst = ConstantInt::getFalse(RangeCmp->getType());
+
+  // Check if the compare with the default value is constant true or false.
+  Constant *DefaultConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
+                                                 DefaultValue, CmpOp1, true);
+  if (DefaultConst != TrueConst && DefaultConst != FalseConst)
+    return;
+
+  // Check if the compare with the case values is distinct from the default
+  // compare result.
+  for (auto ValuePair : Values) {
+    Constant *CaseConst = ConstantExpr::getICmp(CmpInst->getPredicate(),
+                              ValuePair.second, CmpOp1, true);
+    if (!CaseConst || CaseConst == DefaultConst)
+      return;
+    assert((CaseConst == TrueConst || CaseConst == FalseConst) &&
+           "Expect true or false as compare result.");
+  }
+  // Check if the branch instruction dominates the phi node. It's a simple
+  // dominance check, but sufficient for our needs.
+  // Although this check is invariant in the calling loops, it's better to do it
+  // at this late stage. Practically we do it at most once for a switch.
+  BasicBlock *BranchBlock = RangeCheckBranch->getParent();
+  for (auto PI = pred_begin(PhiBlock), E = pred_end(PhiBlock); PI != E; ++PI) {
+    BasicBlock *Pred = *PI;
+    if (Pred != BranchBlock && Pred->getUniquePredecessor() != BranchBlock)
+      return;
+  }
+
+  if (DefaultConst == FalseConst) {
+    // The compare yields the same result. We can replace it.
+    CmpInst->replaceAllUsesWith(RangeCmp);
+    ++NumTableCmpReuses;
+  } else {
+    // The compare yields the same result, just inverted. We can replace it.
+    Value *InvertedTableCmp = BinaryOperator::CreateXor(RangeCmp,
+                ConstantInt::get(RangeCmp->getType(), 1), "inverted.cmp",
+                RangeCheckBranch);
+    CmpInst->replaceAllUsesWith(InvertedTableCmp);
+    ++NumTableCmpReuses;
+  }
+}
+
 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
 /// replace the switch with lookup tables.
@@ -3767,16 +4130,17 @@ static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
       return false;
 
     // Append the result from this case to the list for each phi.
-    for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
-      if (!ResultLists.count(I->first))
-        PHIs.push_back(I->first);
-      ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
+    for (const auto &I : Results) {
+      PHINode *PHI = I.first;
+      Constant *Value = I.second;
+      if (!ResultLists.count(PHI))
+        PHIs.push_back(PHI);
+      ResultLists[PHI].push_back(std::make_pair(CaseVal, Value));
     }
   }
 
   // Keep track of the result types.
-  for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
-    PHINode *PHI = PHIs[I];
+  for (PHINode *PHI : PHIs) {
     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
   }
 
@@ -3788,11 +4152,9 @@ static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
   // or a bitmask that fits in a register.
   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
-  bool HasDefaultResults = false;
-  if (TableHasHoles) {
-    HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
+  bool HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
                                        &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
-  }
+
   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
   if (NeedMask) {
     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
@@ -3802,9 +4164,9 @@ static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
       return false;
   }
 
-  for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
-    PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
-    Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
+  for (const auto &I : DefaultResultsList) {
+    PHINode *PHI = I.first;
+    Constant *Result = I.second;
     DefaultResults[PHI] = Result;
   }
 
@@ -3835,6 +4197,8 @@ static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
   // lookup table BB. Otherwise, check if the condition value is within the case
   // range. If it is so, branch to the new BB. Otherwise branch to SI's default
   // destination.
+  BranchInst *RangeCheckBranch = nullptr;
+
   const bool GeneratingCoveredLookupTable = MaxTableSize == TableSize;
   if (GeneratingCoveredLookupTable) {
     Builder.CreateBr(LookupBB);
@@ -3845,7 +4209,7 @@ static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
   } else {
     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
-    Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
+    RangeCheckBranch = Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
   }
 
   // Populate the BB that does the lookups.
@@ -3862,9 +4226,12 @@ static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
                                   CommonDest->getParent(),
                                   CommonDest);
 
+    // Make the mask's bitwidth at least 8bit and a power-of-2 to avoid
+    // unnecessary illegal types.
+    uint64_t TableSizePowOf2 = NextPowerOf2(std::max(7ULL, TableSize - 1ULL));
+    APInt MaskInt(TableSizePowOf2, 0);
+    APInt One(TableSizePowOf2, 1);
     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
-    APInt MaskInt(TableSize, 0);
-    APInt One(TableSize, 1);
     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
@@ -3893,11 +4260,11 @@ static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
   bool ReturnedEarly = false;
   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
     PHINode *PHI = PHIs[I];
+    const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHI];
 
     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
-    SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
-                            DV, DL);
+    SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultList, DV, DL);
 
     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
 
@@ -3910,6 +4277,16 @@ static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
       break;
     }
 
+    // Do a small peephole optimization: re-use the switch table compare if
+    // possible.
+    if (!TableHasHoles && HasDefaultResults && RangeCheckBranch) {
+      BasicBlock *PhiBlock = PHI->getParent();
+      // Search for compare instructions which use the phi.
+      for (auto *User : PHI->users()) {
+        reuseTableCompare(User, PhiBlock, RangeCheckBranch, DV, ResultList);
+      }
+    }
+
     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
   }
 
@@ -3940,12 +4317,12 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
-        return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+        return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
 
     Value *Cond = SI->getCondition();
     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
-        return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+        return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
 
     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
     // away into any preds.
@@ -3955,22 +4332,25 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
       ++BBI;
     if (SI == &*BBI)
       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
-        return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+        return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
   }
 
   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
-    return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+    return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
 
   // Remove unreachable cases.
-  if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
-    return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+  if (EliminateDeadSwitchCases(SI, DL, AC))
+    return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
+
+  if (SwitchToSelect(SI, Builder, DL, AC))
+    return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
 
   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
-    return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+    return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
 
   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, DL))
-    return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+    return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
 
   return false;
 }
@@ -3983,7 +4363,7 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
-    if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
+    if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest).second) {
       Dest->removePredecessor(BB);
       IBI->removeDestination(i);
       --i; --e;
@@ -4007,7 +4387,7 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
 
   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
-      return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+      return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
   }
   return Changed;
 }
@@ -4031,7 +4411,8 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
         ;
       if (I->isTerminator() &&
-          TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, DL))
+          TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI,
+                                                BonusInstThreshold, DL, AC))
         return true;
     }
 
@@ -4039,8 +4420,8 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
   // for PHI nodes in common successor.
-  if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL))
-    return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+  if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
+    return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
   return false;
 }
 
@@ -4055,7 +4436,7 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
     // switch.
     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
-        return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+        return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
 
     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
     // Ignore dbg intrinsics.
@@ -4065,14 +4446,14 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
       ++I;
     if (&*I == BI) {
       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
-        return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+        return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
       ++I;
       // Ignore dbg intrinsics.
       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
         ++I;
       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
-        return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+        return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
     }
   }
 
@@ -4083,8 +4464,8 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
-  if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL))
-    return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+  if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL, BonusInstThreshold))
+    return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
 
   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
@@ -4093,7 +4474,7 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, DL))
-        return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+        return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
     } else {
       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
@@ -4101,7 +4482,7 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), DL))
-          return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+          return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
     }
   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
@@ -4110,7 +4491,7 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), DL))
-        return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+        return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
   }
 
   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
@@ -4118,14 +4499,14 @@ bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
     if (PN->getParent() == BI->getParent())
       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
-        return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+        return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
 
   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
-          return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
+          return SimplifyCFG(BB, TTI, BonusInstThreshold, DL, AC) | true;
 
   return false;
 }
@@ -4269,6 +4650,7 @@ bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
 ///
 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
-                       const DataLayout *DL) {
-  return SimplifyCFGOpt(TTI, DL).run(BB);
+                       unsigned BonusInstThreshold, const DataLayout *DL,
+                       AssumptionCache *AC) {
+  return SimplifyCFGOpt(TTI, BonusInstThreshold, DL, AC).run(BB);
 }