lib/Transforms/Scalar/GVN.cpp

   1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass performs global value numbering to eliminate fully redundant
  11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
  12 //
  13 // Note that this pass does the value numbering itself; it does not use the
  14 // ValueNumbering analysis passes.
  15 //
  16 //===----------------------------------------------------------------------===//
  17
  18 #define DEBUG_TYPE "gvn"
  19 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  20 #include "llvm/BasicBlock.h"
  21 #include "llvm/Constants.h"
  22 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  23 #include "llvm/Function.h"
  24 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  25 #include "llvm/LLVMContext.h"
  26 #include "llvm/Operator.h"
  27 #include "llvm/Value.h"
  28 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  29 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  30 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
  31 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  32 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  34 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  35 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
  36 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
  37 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
  38 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
  39 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
  40 #include "llvm/Support/CFG.h"
  41 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  42 #include "llvm/Support/Debug.h"
  43 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  44 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  45 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
  46 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  47 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  48 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  49 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  50 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
  51 using namespace llvm;
  52
  53 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
  54 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
  55 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
  56 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
  57 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
  58
  59 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
  60                                cl::init(true), cl::Hidden);
  61 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
  62
  63 //===----------------------------------------------------------------------===//
  64 //                         ValueTable Class
  65 //===----------------------------------------------------------------------===//
  66
  67 /// This class holds the mapping between values and value numbers.  It is used
  68 /// as an efficient mechanism to determine the expression-wise equivalence of
  69 /// two values.
  70 namespace {
  71   struct Expression {
  72     enum ExpressionOpcode { ADD, FADD, SUB, FSUB, MUL, FMUL,
  73                             UDIV, SDIV, FDIV, UREM, SREM,
  74                             FREM, SHL, LSHR, ASHR, AND, OR, XOR, ICMPEQ,
  75                             ICMPNE, ICMPUGT, ICMPUGE, ICMPULT, ICMPULE,
  76                             ICMPSGT, ICMPSGE, ICMPSLT, ICMPSLE, FCMPOEQ,
  77                             FCMPOGT, FCMPOGE, FCMPOLT, FCMPOLE, FCMPONE,
  78                             FCMPORD, FCMPUNO, FCMPUEQ, FCMPUGT, FCMPUGE,
  79                             FCMPULT, FCMPULE, FCMPUNE, EXTRACT, INSERT,
  80                             SHUFFLE, SELECT, TRUNC, ZEXT, SEXT, FPTOUI,
  81                             FPTOSI, UITOFP, SITOFP, FPTRUNC, FPEXT,
  82                             PTRTOINT, INTTOPTR, BITCAST, GEP, CALL, CONSTANT,
  83                             INSERTVALUE, EXTRACTVALUE, EMPTY, TOMBSTONE };
  84
  85     ExpressionOpcode opcode;
  86     const Type* type;
  87     SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
  88     Value *function;
  89
  90     Expression() { }
  91     Expression(ExpressionOpcode o) : opcode(o) { }
  92
  93     bool operator==(const Expression &other) const {
  94       if (opcode != other.opcode)
  95         return false;
  96       else if (opcode == EMPTY || opcode == TOMBSTONE)
  97         return true;
  98       else if (type != other.type)
  99         return false;
 100       else if (function != other.function)
 101         return false;
 102       else {
 103         if (varargs.size() != other.varargs.size())
 104           return false;
 105
 106         for (size_t i = 0; i < varargs.size(); ++i)
 107           if (varargs[i] != other.varargs[i])
 108             return false;
 109
 110         return true;
 111       }
 112     }
 113
 114     bool operator!=(const Expression &other) const {
 115       return !(*this == other);
 116     }
 117   };
 118
 119   class ValueTable {
 120     private:
 121       DenseMap<Value*, uint32_t> valueNumbering;
 122       DenseMap<Expression, uint32_t> expressionNumbering;
 123       AliasAnalysis* AA;
 124       MemoryDependenceAnalysis* MD;
 125       DominatorTree* DT;
 126
 127       uint32_t nextValueNumber;
 128
 129       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(BinaryOperator* BO);
 130       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CmpInst* C);
 131       Expression::ExpressionOpcode getOpcode(CastInst* C);
 132       Expression create_expression(BinaryOperator* BO);
 133       Expression create_expression(CmpInst* C);
 134       Expression create_expression(ShuffleVectorInst* V);
 135       Expression create_expression(ExtractElementInst* C);
 136       Expression create_expression(InsertElementInst* V);
 137       Expression create_expression(SelectInst* V);
 138       Expression create_expression(CastInst* C);
 139       Expression create_expression(GetElementPtrInst* G);
 140       Expression create_expression(CallInst* C);
 141       Expression create_expression(Constant* C);
 142       Expression create_expression(ExtractValueInst* C);
 143       Expression create_expression(InsertValueInst* C);
 144
 145       uint32_t lookup_or_add_call(CallInst* C);
 146     public:
 147       ValueTable() : nextValueNumber(1) { }
 148       uint32_t lookup_or_add(Value *V);
 149       uint32_t lookup(Value *V) const;
 150       void add(Value *V, uint32_t num);
 151       void clear();
 152       void erase(Value *v);
 153       unsigned size();
 154       void setAliasAnalysis(AliasAnalysis* A) { AA = A; }
 155       AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const { return AA; }
 156       void setMemDep(MemoryDependenceAnalysis* M) { MD = M; }
 157       void setDomTree(DominatorTree* D) { DT = D; }
 158       uint32_t getNextUnusedValueNumber() { return nextValueNumber; }
 159       void verifyRemoved(const Value *) const;
 160   };
 161 }
 162
 163 namespace llvm {
 164 template <> struct DenseMapInfo<Expression> {
 165   static inline Expression getEmptyKey() {
 166     return Expression(Expression::EMPTY);
 167   }
 168
 169   static inline Expression getTombstoneKey() {
 170     return Expression(Expression::TOMBSTONE);
 171   }
 172
 173   static unsigned getHashValue(const Expression e) {
 174     unsigned hash = e.opcode;
 175
 176     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.type >> 4) ^
 177             (unsigned)((uintptr_t)e.type >> 9));
 178
 179     for (SmallVector<uint32_t, 4>::const_iterator I = e.varargs.begin(),
 180          E = e.varargs.end(); I != E; ++I)
 181       hash = *I + hash * 37;
 182
 183     hash = ((unsigned)((uintptr_t)e.function >> 4) ^
 184             (unsigned)((uintptr_t)e.function >> 9)) +
 185            hash * 37;
 186
 187     return hash;
 188   }
 189   static bool isEqual(const Expression &LHS, const Expression &RHS) {
 190     return LHS == RHS;
 191   }
 192 };
 193
 194 template <>
 195 struct isPodLike<Expression> { static const bool value = true; };
 196
 197 }
 198
 199 //===----------------------------------------------------------------------===//
 200 //                     ValueTable Internal Functions
 201 //===----------------------------------------------------------------------===//
 202 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(BinaryOperator* BO) {
 203   switch(BO->getOpcode()) {
 204   default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 205     llvm_unreachable("Binary operator with unknown opcode?");
 206   case Instruction::Add:  return Expression::ADD;
 207   case Instruction::FAdd: return Expression::FADD;
 208   case Instruction::Sub:  return Expression::SUB;
 209   case Instruction::FSub: return Expression::FSUB;
 210   case Instruction::Mul:  return Expression::MUL;
 211   case Instruction::FMul: return Expression::FMUL;
 212   case Instruction::UDiv: return Expression::UDIV;
 213   case Instruction::SDiv: return Expression::SDIV;
 214   case Instruction::FDiv: return Expression::FDIV;
 215   case Instruction::URem: return Expression::UREM;
 216   case Instruction::SRem: return Expression::SREM;
 217   case Instruction::FRem: return Expression::FREM;
 218   case Instruction::Shl:  return Expression::SHL;
 219   case Instruction::LShr: return Expression::LSHR;
 220   case Instruction::AShr: return Expression::ASHR;
 221   case Instruction::And:  return Expression::AND;
 222   case Instruction::Or:   return Expression::OR;
 223   case Instruction::Xor:  return Expression::XOR;
 224   }
 225 }
 226
 227 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(CmpInst* C) {
 228   if (isa<ICmpInst>(C)) {
 229     switch (C->getPredicate()) {
 230     default:  // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 231       llvm_unreachable("Comparison with unknown predicate?");
 232     case ICmpInst::ICMP_EQ:  return Expression::ICMPEQ;
 233     case ICmpInst::ICMP_NE:  return Expression::ICMPNE;
 234     case ICmpInst::ICMP_UGT: return Expression::ICMPUGT;
 235     case ICmpInst::ICMP_UGE: return Expression::ICMPUGE;
 236     case ICmpInst::ICMP_ULT: return Expression::ICMPULT;
 237     case ICmpInst::ICMP_ULE: return Expression::ICMPULE;
 238     case ICmpInst::ICMP_SGT: return Expression::ICMPSGT;
 239     case ICmpInst::ICMP_SGE: return Expression::ICMPSGE;
 240     case ICmpInst::ICMP_SLT: return Expression::ICMPSLT;
 241     case ICmpInst::ICMP_SLE: return Expression::ICMPSLE;
 242     }
 243   } else {
 244     switch (C->getPredicate()) {
 245     default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 246       llvm_unreachable("Comparison with unknown predicate?");
 247     case FCmpInst::FCMP_OEQ: return Expression::FCMPOEQ;
 248     case FCmpInst::FCMP_OGT: return Expression::FCMPOGT;
 249     case FCmpInst::FCMP_OGE: return Expression::FCMPOGE;
 250     case FCmpInst::FCMP_OLT: return Expression::FCMPOLT;
 251     case FCmpInst::FCMP_OLE: return Expression::FCMPOLE;
 252     case FCmpInst::FCMP_ONE: return Expression::FCMPONE;
 253     case FCmpInst::FCMP_ORD: return Expression::FCMPORD;
 254     case FCmpInst::FCMP_UNO: return Expression::FCMPUNO;
 255     case FCmpInst::FCMP_UEQ: return Expression::FCMPUEQ;
 256     case FCmpInst::FCMP_UGT: return Expression::FCMPUGT;
 257     case FCmpInst::FCMP_UGE: return Expression::FCMPUGE;
 258     case FCmpInst::FCMP_ULT: return Expression::FCMPULT;
 259     case FCmpInst::FCMP_ULE: return Expression::FCMPULE;
 260     case FCmpInst::FCMP_UNE: return Expression::FCMPUNE;
 261     }
 262   }
 263 }
 264
 265 Expression::ExpressionOpcode ValueTable::getOpcode(CastInst* C) {
 266   switch(C->getOpcode()) {
 267   default: // THIS SHOULD NEVER HAPPEN
 268     llvm_unreachable("Cast operator with unknown opcode?");
 269   case Instruction::Trunc:    return Expression::TRUNC;
 270   case Instruction::ZExt:     return Expression::ZEXT;
 271   case Instruction::SExt:     return Expression::SEXT;
 272   case Instruction::FPToUI:   return Expression::FPTOUI;
 273   case Instruction::FPToSI:   return Expression::FPTOSI;
 274   case Instruction::UIToFP:   return Expression::UITOFP;
 275   case Instruction::SIToFP:   return Expression::SITOFP;
 276   case Instruction::FPTrunc:  return Expression::FPTRUNC;
 277   case Instruction::FPExt:    return Expression::FPEXT;
 278   case Instruction::PtrToInt: return Expression::PTRTOINT;
 279   case Instruction::IntToPtr: return Expression::INTTOPTR;
 280   case Instruction::BitCast:  return Expression::BITCAST;
 281   }
 282 }
 283
 284 Expression ValueTable::create_expression(CallInst* C) {
 285   Expression e;
 286
 287   e.type = C->getType();
 288   e.function = C->getCalledFunction();
 289   e.opcode = Expression::CALL;
 290
 291   for (CallInst::op_iterator I = C->op_begin()+1, E = C->op_end();
 292        I != E; ++I)
 293     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 294
 295   return e;
 296 }
 297
 298 Expression ValueTable::create_expression(BinaryOperator* BO) {
 299   Expression e;
 300   e.varargs.push_back(lookup_or_add(BO->getOperand(0)));
 301   e.varargs.push_back(lookup_or_add(BO->getOperand(1)));
 302   e.function = 0;
 303   e.type = BO->getType();
 304   e.opcode = getOpcode(BO);
 305
 306   return e;
 307 }
 308
 309 Expression ValueTable::create_expression(CmpInst* C) {
 310   Expression e;
 311
 312   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(0)));
 313   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(1)));
 314   e.function = 0;
 315   e.type = C->getType();
 316   e.opcode = getOpcode(C);
 317
 318   return e;
 319 }
 320
 321 Expression ValueTable::create_expression(CastInst* C) {
 322   Expression e;
 323
 324   e.varargs.push_back(lookup_or_add(C->getOperand(0)));
 325   e.function = 0;
 326   e.type = C->getType();
 327   e.opcode = getOpcode(C);
 328
 329   return e;
 330 }
 331
 332 Expression ValueTable::create_expression(ShuffleVectorInst* S) {
 333   Expression e;
 334
 335   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(0)));
 336   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(1)));
 337   e.varargs.push_back(lookup_or_add(S->getOperand(2)));
 338   e.function = 0;
 339   e.type = S->getType();
 340   e.opcode = Expression::SHUFFLE;
 341
 342   return e;
 343 }
 344
 345 Expression ValueTable::create_expression(ExtractElementInst* E) {
 346   Expression e;
 347
 348   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getOperand(0)));
 349   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getOperand(1)));
 350   e.function = 0;
 351   e.type = E->getType();
 352   e.opcode = Expression::EXTRACT;
 353
 354   return e;
 355 }
 356
 357 Expression ValueTable::create_expression(InsertElementInst* I) {
 358   Expression e;
 359
 360   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(0)));
 361   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(1)));
 362   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getOperand(2)));
 363   e.function = 0;
 364   e.type = I->getType();
 365   e.opcode = Expression::INSERT;
 366
 367   return e;
 368 }
 369
 370 Expression ValueTable::create_expression(SelectInst* I) {
 371   Expression e;
 372
 373   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getCondition()));
 374   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getTrueValue()));
 375   e.varargs.push_back(lookup_or_add(I->getFalseValue()));
 376   e.function = 0;
 377   e.type = I->getType();
 378   e.opcode = Expression::SELECT;
 379
 380   return e;
 381 }
 382
 383 Expression ValueTable::create_expression(GetElementPtrInst* G) {
 384   Expression e;
 385
 386   e.varargs.push_back(lookup_or_add(G->getPointerOperand()));
 387   e.function = 0;
 388   e.type = G->getType();
 389   e.opcode = Expression::GEP;
 390
 391   for (GetElementPtrInst::op_iterator I = G->idx_begin(), E = G->idx_end();
 392        I != E; ++I)
 393     e.varargs.push_back(lookup_or_add(*I));
 394
 395   return e;
 396 }
 397
 398 Expression ValueTable::create_expression(ExtractValueInst* E) {
 399   Expression e;
 400
 401   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getAggregateOperand()));
 402   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
 403        II != IE; ++II)
 404     e.varargs.push_back(*II);
 405   e.function = 0;
 406   e.type = E->getType();
 407   e.opcode = Expression::EXTRACTVALUE;
 408
 409   return e;
 410 }
 411
 412 Expression ValueTable::create_expression(InsertValueInst* E) {
 413   Expression e;
 414
 415   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getAggregateOperand()));
 416   e.varargs.push_back(lookup_or_add(E->getInsertedValueOperand()));
 417   for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
 418        II != IE; ++II)
 419     e.varargs.push_back(*II);
 420   e.function = 0;
 421   e.type = E->getType();
 422   e.opcode = Expression::INSERTVALUE;
 423
 424   return e;
 425 }
 426
 427 //===----------------------------------------------------------------------===//
 428 //                     ValueTable External Functions
 429 //===----------------------------------------------------------------------===//
 430
 431 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
 432 void ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
 433   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
 434 }
 435
 436 uint32_t ValueTable::lookup_or_add_call(CallInst* C) {
 437   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
 438     Expression exp = create_expression(C);
 439     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 440     if (!e) e = nextValueNumber++;
 441     valueNumbering[C] = e;
 442     return e;
 443   } else if (AA->onlyReadsMemory(C)) {
 444     Expression exp = create_expression(C);
 445     uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 446     if (!e) {
 447       e = nextValueNumber++;
 448       valueNumbering[C] = e;
 449       return e;
 450     }
 451     if (!MD) {
 452       e = nextValueNumber++;
 453       valueNumbering[C] = e;
 454       return e;
 455     }
 456
 457     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
 458
 459     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
 460       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
 461       return nextValueNumber++;
 462     }
 463
 464     if (local_dep.isDef()) {
 465       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
 466
 467       if (local_cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
 468         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 469         return nextValueNumber++;
 470       }
 471
 472       for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
 473         uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
 474         uint32_t cd_vn = lookup_or_add(local_cdep->getOperand(i));
 475         if (c_vn != cd_vn) {
 476           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 477           return nextValueNumber++;
 478         }
 479       }
 480
 481       uint32_t v = lookup_or_add(local_cdep);
 482       valueNumbering[C] = v;
 483       return v;
 484     }
 485
 486     // Non-local case.
 487     const MemoryDependenceAnalysis::NonLocalDepInfo &deps =
 488       MD->getNonLocalCallDependency(CallSite(C));
 489     // FIXME: call/call dependencies for readonly calls should return def, not
 490     // clobber!  Move the checking logic to MemDep!
 491     CallInst* cdep = 0;
 492
 493     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
 494     // identical to C.
 495     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
 496       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
 497       // Ignore non-local dependencies.
 498       if (I->getResult().isNonLocal())
 499         continue;
 500
 501       // We don't handle non-depedencies.  If we already have a call, reject
 502       // instruction dependencies.
 503       if (I->getResult().isClobber() || cdep != 0) {
 504         cdep = 0;
 505         break;
 506       }
 507
 508       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
 509       // FIXME: All duplicated with non-local case.
 510       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
 511         cdep = NonLocalDepCall;
 512         continue;
 513       }
 514
 515       cdep = 0;
 516       break;
 517     }
 518
 519     if (!cdep) {
 520       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 521       return nextValueNumber++;
 522     }
 523
 524     if (cdep->getNumOperands() != C->getNumOperands()) {
 525       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 526       return nextValueNumber++;
 527     }
 528     for (unsigned i = 1; i < C->getNumOperands(); ++i) {
 529       uint32_t c_vn = lookup_or_add(C->getOperand(i));
 530       uint32_t cd_vn = lookup_or_add(cdep->getOperand(i));
 531       if (c_vn != cd_vn) {
 532         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 533         return nextValueNumber++;
 534       }
 535     }
 536
 537     uint32_t v = lookup_or_add(cdep);
 538     valueNumbering[C] = v;
 539     return v;
 540
 541   } else {
 542     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
 543     return nextValueNumber++;
 544   }
 545 }
 546
 547 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
 548 /// it a new number if it did not have one before.
 549 uint32_t ValueTable::lookup_or_add(Value *V) {
 550   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
 551   if (VI != valueNumbering.end())
 552     return VI->second;
 553
 554   if (!isa<Instruction>(V)) {
 555     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
 556     return nextValueNumber++;
 557   }
 558
 559   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
 560   Expression exp;
 561   switch (I->getOpcode()) {
 562     case Instruction::Call:
 563       return lookup_or_add_call(cast<CallInst>(I));
 564     case Instruction::Add:
 565     case Instruction::FAdd:
 566     case Instruction::Sub:
 567     case Instruction::FSub:
 568     case Instruction::Mul:
 569     case Instruction::FMul:
 570     case Instruction::UDiv:
 571     case Instruction::SDiv:
 572     case Instruction::FDiv:
 573     case Instruction::URem:
 574     case Instruction::SRem:
 575     case Instruction::FRem:
 576     case Instruction::Shl:
 577     case Instruction::LShr:
 578     case Instruction::AShr:
 579     case Instruction::And:
 580     case Instruction::Or :
 581     case Instruction::Xor:
 582       exp = create_expression(cast<BinaryOperator>(I));
 583       break;
 584     case Instruction::ICmp:
 585     case Instruction::FCmp:
 586       exp = create_expression(cast<CmpInst>(I));
 587       break;
 588     case Instruction::Trunc:
 589     case Instruction::ZExt:
 590     case Instruction::SExt:
 591     case Instruction::FPToUI:
 592     case Instruction::FPToSI:
 593     case Instruction::UIToFP:
 594     case Instruction::SIToFP:
 595     case Instruction::FPTrunc:
 596     case Instruction::FPExt:
 597     case Instruction::PtrToInt:
 598     case Instruction::IntToPtr:
 599     case Instruction::BitCast:
 600       exp = create_expression(cast<CastInst>(I));
 601       break;
 602     case Instruction::Select:
 603       exp = create_expression(cast<SelectInst>(I));
 604       break;
 605     case Instruction::ExtractElement:
 606       exp = create_expression(cast<ExtractElementInst>(I));
 607       break;
 608     case Instruction::InsertElement:
 609       exp = create_expression(cast<InsertElementInst>(I));
 610       break;
 611     case Instruction::ShuffleVector:
 612       exp = create_expression(cast<ShuffleVectorInst>(I));
 613       break;
 614     case Instruction::ExtractValue:
 615       exp = create_expression(cast<ExtractValueInst>(I));
 616       break;
 617     case Instruction::InsertValue:
 618       exp = create_expression(cast<InsertValueInst>(I));
 619       break;
 620     case Instruction::GetElementPtr:
 621       exp = create_expression(cast<GetElementPtrInst>(I));
 622       break;
 623     default:
 624       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
 625       return nextValueNumber++;
 626   }
 627
 628   uint32_t& e = expressionNumbering[exp];
 629   if (!e) e = nextValueNumber++;
 630   valueNumbering[V] = e;
 631   return e;
 632 }
 633
 634 /// lookup - Returns the value number of the specified value. Fails if
 635 /// the value has not yet been numbered.
 636 uint32_t ValueTable::lookup(Value *V) const {
 637   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
 638   assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
 639   return VI->second;
 640 }
 641
 642 /// clear - Remove all entries from the ValueTable
 643 void ValueTable::clear() {
 644   valueNumbering.clear();
 645   expressionNumbering.clear();
 646   nextValueNumber = 1;
 647 }
 648
 649 /// erase - Remove a value from the value numbering
 650 void ValueTable::erase(Value *V) {
 651   valueNumbering.erase(V);
 652 }
 653
 654 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
 655 /// structures.
 656 void ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
 657   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
 658          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
 659     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
 660   }
 661 }
 662
 663 //===----------------------------------------------------------------------===//
 664 //                                GVN Pass
 665 //===----------------------------------------------------------------------===//
 666
 667 namespace {
 668   struct ValueNumberScope {
 669     ValueNumberScope* parent;
 670     DenseMap<uint32_t, Value*> table;
 671
 672     ValueNumberScope(ValueNumberScope* p) : parent(p) { }
 673   };
 674 }
 675
 676 namespace {
 677
 678   class GVN : public FunctionPass {
 679     bool runOnFunction(Function &F);
 680   public:
 681     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 682     explicit GVN(bool nopre = false, bool noloads = false)
 683       : FunctionPass(&ID), NoPRE(nopre), NoLoads(noloads), MD(0) { }
 684
 685   private:
 686     bool NoPRE;
 687     bool NoLoads;
 688     MemoryDependenceAnalysis *MD;
 689     DominatorTree *DT;
 690
 691     ValueTable VN;
 692     DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*> localAvail;
 693
 694     // This transformation requires dominator postdominator info
 695     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 696       AU.addRequired<DominatorTree>();
 697       if (!NoLoads)
 698         AU.addRequired<MemoryDependenceAnalysis>();
 699       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 700
 701       AU.addPreserved<DominatorTree>();
 702       AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
 703     }
 704
 705     // Helper fuctions
 706     // FIXME: eliminate or document these better
 707     bool processLoad(LoadInst* L,
 708                      SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 709     bool processInstruction(Instruction *I,
 710                             SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 711     bool processNonLocalLoad(LoadInst* L,
 712                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase);
 713     bool processBlock(BasicBlock *BB);
 714     void dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d);
 715     bool iterateOnFunction(Function &F);
 716     Value *CollapsePhi(PHINode* p);
 717     bool performPRE(Function& F);
 718     Value *lookupNumber(BasicBlock *BB, uint32_t num);
 719     void cleanupGlobalSets();
 720     void verifyRemoved(const Instruction *I) const;
 721   };
 722
 723   char GVN::ID = 0;
 724 }
 725
 726 // createGVNPass - The public interface to this file...
 727 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoPRE, bool NoLoads) {
 728   return new GVN(NoPRE, NoLoads);
 729 }
 730
 731 static RegisterPass<GVN> X("gvn",
 732                            "Global Value Numbering");
 733
 734 void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) {
 735   errs() << "{\n";
 736   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
 737        E = d.end(); I != E; ++I) {
 738       errs() << I->first << "\n";
 739       I->second->dump();
 740   }
 741   errs() << "}\n";
 742 }
 743
 744 static bool isSafeReplacement(PHINode* p, Instruction *inst) {
 745   if (!isa<PHINode>(inst))
 746     return true;
 747
 748   for (Instruction::use_iterator UI = p->use_begin(), E = p->use_end();
 749        UI != E; ++UI)
 750     if (PHINode* use_phi = dyn_cast<PHINode>(UI))
 751       if (use_phi->getParent() == inst->getParent())
 752         return false;
 753
 754   return true;
 755 }
 756
 757 Value *GVN::CollapsePhi(PHINode *PN) {
 758   Value *ConstVal = PN->hasConstantValue(DT);
 759   if (!ConstVal) return 0;
 760
 761   Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(ConstVal);
 762   if (!Inst)
 763     return ConstVal;
 764
 765   if (DT->dominates(Inst, PN))
 766     if (isSafeReplacement(PN, Inst))
 767       return Inst;
 768   return 0;
 769 }
 770
 771 /// IsValueFullyAvailableInBlock - Return true if we can prove that the value
 772 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
 773 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
 774 /// map is actually a tri-state map with the following values:
 775 ///   0) we know the block *is not* fully available.
 776 ///   1) we know the block *is* fully available.
 777 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
 778 ///      currently speculating that it will be.
 779 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
 780 ///      other blocks.
 781 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
 782                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks) {
 783   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
 784   // if we already know about this block in one lookup.
 785   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, char> IV =
 786     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
 787
 788   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
 789   if (!IV.second) {
 790     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
 791     // speculation of other blocks.
 792     if (IV.first->second == 2)
 793       IV.first->second = 3;
 794     return IV.first->second != 0;
 795   }
 796
 797   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
 798   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
 799
 800   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
 801   if (PI == PE)
 802     goto SpeculationFailure;
 803
 804   for (; PI != PE; ++PI)
 805     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
 806     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
 807     // optimistic assumption and bail out.
 808     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
 809       goto SpeculationFailure;
 810
 811   return true;
 812
 813 // SpeculationFailure - If we get here, we found out that this is not, after
 814 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
 815 // used the speculation to mark other blocks as available.
 816 SpeculationFailure:
 817   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
 818
 819   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
 820   if (BBVal == 2) {
 821     BBVal = 0;
 822     return false;
 823   }
 824
 825   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
 826   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
 827   // 0 if set to one.
 828   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
 829   BBWorklist.push_back(BB);
 830
 831   while (!BBWorklist.empty()) {
 832     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
 833     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
 834     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
 835     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
 836     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
 837
 838     // Mark as unavailable.
 839     EntryVal = 0;
 840
 841     for (succ_iterator I = succ_begin(Entry), E = succ_end(Entry); I != E; ++I)
 842       BBWorklist.push_back(*I);
 843   }
 844
 845   return false;
 846 }
 847
 848
 849 /// CanCoerceMustAliasedValueToLoad - Return true if
 850 /// CoerceAvailableValueToLoadType will succeed.
 851 static bool CanCoerceMustAliasedValueToLoad(Value *StoredVal,
 852                                             const Type *LoadTy,
 853                                             const TargetData &TD) {
 854   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
 855   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
 856   if (isa<StructType>(LoadTy) || isa<ArrayType>(LoadTy) ||
 857       isa<StructType>(StoredVal->getType()) ||
 858       isa<ArrayType>(StoredVal->getType()))
 859     return false;
 860
 861   // The store has to be at least as big as the load.
 862   if (TD.getTypeSizeInBits(StoredVal->getType()) <
 863         TD.getTypeSizeInBits(LoadTy))
 864     return false;
 865
 866   return true;
 867 }
 868
 869
 870 /// CoerceAvailableValueToLoadType - If we saw a store of a value to memory, and
 871 /// then a load from a must-aliased pointer of a different type, try to coerce
 872 /// the stored value.  LoadedTy is the type of the load we want to replace and
 873 /// InsertPt is the place to insert new instructions.
 874 ///
 875 /// If we can't do it, return null.
 876 static Value *CoerceAvailableValueToLoadType(Value *StoredVal,
 877                                              const Type *LoadedTy,
 878                                              Instruction *InsertPt,
 879                                              const TargetData &TD) {
 880   if (!CanCoerceMustAliasedValueToLoad(StoredVal, LoadedTy, TD))
 881     return 0;
 882
 883   const Type *StoredValTy = StoredVal->getType();
 884
 885   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(StoredValTy);
 886   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadedTy);
 887
 888   // If the store and reload are the same size, we can always reuse it.
 889   if (StoreSize == LoadSize) {
 890     if (isa<PointerType>(StoredValTy) && isa<PointerType>(LoadedTy)) {
 891       // Pointer to Pointer -> use bitcast.
 892       return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
 893     }
 894
 895     // Convert source pointers to integers, which can be bitcast.
 896     if (isa<PointerType>(StoredValTy)) {
 897       StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 898       StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 899     }
 900
 901     const Type *TypeToCastTo = LoadedTy;
 902     if (isa<PointerType>(TypeToCastTo))
 903       TypeToCastTo = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 904
 905     if (StoredValTy != TypeToCastTo)
 906       StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, TypeToCastTo, "", InsertPt);
 907
 908     // Cast to pointer if the load needs a pointer type.
 909     if (isa<PointerType>(LoadedTy))
 910       StoredVal = new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "", InsertPt);
 911
 912     return StoredVal;
 913   }
 914
 915   // If the loaded value is smaller than the available value, then we can
 916   // extract out a piece from it.  If the available value is too small, then we
 917   // can't do anything.
 918   assert(StoreSize >= LoadSize && "CanCoerceMustAliasedValueToLoad fail");
 919
 920   // Convert source pointers to integers, which can be manipulated.
 921   if (isa<PointerType>(StoredValTy)) {
 922     StoredValTy = TD.getIntPtrType(StoredValTy->getContext());
 923     StoredVal = new PtrToIntInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 924   }
 925
 926   // Convert vectors and fp to integer, which can be manipulated.
 927   if (!isa<IntegerType>(StoredValTy)) {
 928     StoredValTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), StoreSize);
 929     StoredVal = new BitCastInst(StoredVal, StoredValTy, "", InsertPt);
 930   }
 931
 932   // If this is a big-endian system, we need to shift the value down to the low
 933   // bits so that a truncate will work.
 934   if (TD.isBigEndian()) {
 935     Constant *Val = ConstantInt::get(StoredVal->getType(), StoreSize-LoadSize);
 936     StoredVal = BinaryOperator::CreateLShr(StoredVal, Val, "tmp", InsertPt);
 937   }
 938
 939   // Truncate the integer to the right size now.
 940   const Type *NewIntTy = IntegerType::get(StoredValTy->getContext(), LoadSize);
 941   StoredVal = new TruncInst(StoredVal, NewIntTy, "trunc", InsertPt);
 942
 943   if (LoadedTy == NewIntTy)
 944     return StoredVal;
 945
 946   // If the result is a pointer, inttoptr.
 947   if (isa<PointerType>(LoadedTy))
 948     return new IntToPtrInst(StoredVal, LoadedTy, "inttoptr", InsertPt);
 949
 950   // Otherwise, bitcast.
 951   return new BitCastInst(StoredVal, LoadedTy, "bitcast", InsertPt);
 952 }
 953
 954 /// GetBaseWithConstantOffset - Analyze the specified pointer to see if it can
 955 /// be expressed as a base pointer plus a constant offset.  Return the base and
 956 /// offset to the caller.
 957 static Value *GetBaseWithConstantOffset(Value *Ptr, int64_t &Offset,
 958                                         const TargetData &TD) {
 959   Operator *PtrOp = dyn_cast<Operator>(Ptr);
 960   if (PtrOp == 0) return Ptr;
 961
 962   // Just look through bitcasts.
 963   if (PtrOp->getOpcode() == Instruction::BitCast)
 964     return GetBaseWithConstantOffset(PtrOp->getOperand(0), Offset, TD);
 965
 966   // If this is a GEP with constant indices, we can look through it.
 967   GEPOperator *GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PtrOp);
 968   if (GEP == 0 || !GEP->hasAllConstantIndices()) return Ptr;
 969
 970   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
 971   for (User::op_iterator I = GEP->idx_begin(), E = GEP->idx_end(); I != E;
 972        ++I, ++GTI) {
 973     ConstantInt *OpC = cast<ConstantInt>(*I);
 974     if (OpC->isZero()) continue;
 975
 976     // Handle a struct and array indices which add their offset to the pointer.
 977     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI)) {
 978       Offset += TD.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
 979     } else {
 980       uint64_t Size = TD.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
 981       Offset += OpC->getSExtValue()*Size;
 982     }
 983   }
 984
 985   // Re-sign extend from the pointer size if needed to get overflow edge cases
 986   // right.
 987   unsigned PtrSize = TD.getPointerSizeInBits();
 988   if (PtrSize < 64)
 989     Offset = (Offset << (64-PtrSize)) >> (64-PtrSize);
 990
 991   return GetBaseWithConstantOffset(GEP->getPointerOperand(), Offset, TD);
 992 }
 993
 994
 995 /// AnalyzeLoadFromClobberingWrite - This function is called when we have a
 996 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering memory write (store,
 997 /// memset, memcpy, memmove).  This means that the write *may* provide bits used
 998 /// by the load but we can't be sure because the pointers don't mustalias.
 999 ///
1000 /// Check this case to see if there is anything more we can do before we give
1001 /// up.  This returns -1 if we have to give up, or a byte number in the stored
1002 /// value of the piece that feeds the load.
1003 static int AnalyzeLoadFromClobberingWrite(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1004                                           Value *WritePtr,
1005                                           uint64_t WriteSizeInBits,
1006                                           const TargetData &TD) {
1007   // If the loaded or stored value is an first class array or struct, don't try
1008   // to transform them.  We need to be able to bitcast to integer.
1009   if (isa<StructType>(LoadTy) || isa<ArrayType>(LoadTy))
1010     return -1;
1011
1012   int64_t StoreOffset = 0, LoadOffset = 0;
1013   Value *StoreBase = GetBaseWithConstantOffset(WritePtr, StoreOffset, TD);
1014   Value *LoadBase =
1015     GetBaseWithConstantOffset(LoadPtr, LoadOffset, TD);
1016   if (StoreBase != LoadBase)
1017     return -1;
1018
1019   // If the load and store are to the exact same address, they should have been
1020   // a must alias.  AA must have gotten confused.
1021   // FIXME: Study to see if/when this happens.
1022   if (LoadOffset == StoreOffset) {
1023 #if 0
1024     errs() << "STORE/LOAD DEP WITH COMMON POINTER MISSED:\n"
1025     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
1026     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
1027     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
1028     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
1029     abort();
1030 #endif
1031     return -1;
1032   }
1033
1034   // If the load and store don't overlap at all, the store doesn't provide
1035   // anything to the load.  In this case, they really don't alias at all, AA
1036   // must have gotten confused.
1037   // FIXME: Investigate cases where this bails out, e.g. rdar://7238614. Then
1038   // remove this check, as it is duplicated with what we have below.
1039   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy);
1040
1041   if ((WriteSizeInBits & 7) | (LoadSize & 7))
1042     return -1;
1043   uint64_t StoreSize = WriteSizeInBits >> 3;  // Convert to bytes.
1044   LoadSize >>= 3;
1045
1046
1047   bool isAAFailure = false;
1048   if (StoreOffset < LoadOffset) {
1049     isAAFailure = StoreOffset+int64_t(StoreSize) <= LoadOffset;
1050   } else {
1051     isAAFailure = LoadOffset+int64_t(LoadSize) <= StoreOffset;
1052   }
1053   if (isAAFailure) {
1054 #if 0
1055     errs() << "STORE LOAD DEP WITH COMMON BASE:\n"
1056     << "Base       = " << *StoreBase << "\n"
1057     << "Store Ptr  = " << *WritePtr << "\n"
1058     << "Store Offs = " << StoreOffset << "\n"
1059     << "Load Ptr   = " << *LoadPtr << "\n";
1060     abort();
1061 #endif
1062     return -1;
1063   }
1064
1065   // If the Load isn't completely contained within the stored bits, we don't
1066   // have all the bits to feed it.  We could do something crazy in the future
1067   // (issue a smaller load then merge the bits in) but this seems unlikely to be
1068   // valuable.
1069   if (StoreOffset > LoadOffset ||
1070       StoreOffset+StoreSize < LoadOffset+LoadSize)
1071     return -1;
1072
1073   // Okay, we can do this transformation.  Return the number of bytes into the
1074   // store that the load is.
1075   return LoadOffset-StoreOffset;
1076 }
1077
1078 /// AnalyzeLoadFromClobberingStore - This function is called when we have a
1079 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.
1080 static int AnalyzeLoadFromClobberingStore(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1081                                           StoreInst *DepSI,
1082                                           const TargetData &TD) {
1083   // Cannot handle reading from store of first-class aggregate yet.
1084   if (isa<StructType>(DepSI->getOperand(0)->getType()) ||
1085       isa<ArrayType>(DepSI->getOperand(0)->getType()))
1086     return -1;
1087
1088   Value *StorePtr = DepSI->getPointerOperand();
1089   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(DepSI->getOperand(0)->getType());
1090   return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1091                                         StorePtr, StoreSize, TD);
1092 }
1093
1094 static int AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(const Type *LoadTy, Value *LoadPtr,
1095                                             MemIntrinsic *MI,
1096                                             const TargetData &TD) {
1097   // If the mem operation is a non-constant size, we can't handle it.
1098   ConstantInt *SizeCst = dyn_cast<ConstantInt>(MI->getLength());
1099   if (SizeCst == 0) return -1;
1100   uint64_t MemSizeInBits = SizeCst->getZExtValue()*8;
1101
1102   // If this is memset, we just need to see if the offset is valid in the size
1103   // of the memset..
1104   if (MI->getIntrinsicID() == Intrinsic::memset)
1105     return AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr, MI->getDest(),
1106                                           MemSizeInBits, TD);
1107
1108   // If we have a memcpy/memmove, the only case we can handle is if this is a
1109   // copy from constant memory.  In that case, we can read directly from the
1110   // constant memory.
1111   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(MI);
1112
1113   Constant *Src = dyn_cast<Constant>(MTI->getSource());
1114   if (Src == 0) return -1;
1115
1116   GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Src->getUnderlyingObject());
1117   if (GV == 0 || !GV->isConstant()) return -1;
1118
1119   // See if the access is within the bounds of the transfer.
1120   int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingWrite(LoadTy, LoadPtr,
1121                                               MI->getDest(), MemSizeInBits, TD);
1122   if (Offset == -1)
1123     return Offset;
1124
1125   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1126   // offset applied as appropriate.
1127   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1128                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
1129   Constant *OffsetCst =
1130     ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1131   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, &OffsetCst, 1);
1132   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
1133   if (ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD))
1134     return Offset;
1135   return -1;
1136 }
1137
1138
1139 /// GetStoreValueForLoad - This function is called when we have a
1140 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering store.  This means
1141 /// that the store *may* provide bits used by the load but we can't be sure
1142 /// because the pointers don't mustalias.  Check this case to see if there is
1143 /// anything more we can do before we give up.
1144 static Value *GetStoreValueForLoad(Value *SrcVal, unsigned Offset,
1145                                    const Type *LoadTy,
1146                                    Instruction *InsertPt, const TargetData &TD){
1147   LLVMContext &Ctx = SrcVal->getType()->getContext();
1148
1149   uint64_t StoreSize = TD.getTypeSizeInBits(SrcVal->getType())/8;
1150   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1151
1152   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1153
1154   // Compute which bits of the stored value are being used by the load.  Convert
1155   // to an integer type to start with.
1156   if (isa<PointerType>(SrcVal->getType()))
1157     SrcVal = Builder.CreatePtrToInt(SrcVal, TD.getIntPtrType(Ctx), "tmp");
1158   if (!isa<IntegerType>(SrcVal->getType()))
1159     SrcVal = Builder.CreateBitCast(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, StoreSize*8),
1160                                    "tmp");
1161
1162   // Shift the bits to the least significant depending on endianness.
1163   unsigned ShiftAmt;
1164   if (TD.isLittleEndian())
1165     ShiftAmt = Offset*8;
1166   else
1167     ShiftAmt = (StoreSize-LoadSize-Offset)*8;
1168
1169   if (ShiftAmt)
1170     SrcVal = Builder.CreateLShr(SrcVal, ShiftAmt, "tmp");
1171
1172   if (LoadSize != StoreSize)
1173     SrcVal = Builder.CreateTrunc(SrcVal, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8),
1174                                  "tmp");
1175
1176   return CoerceAvailableValueToLoadType(SrcVal, LoadTy, InsertPt, TD);
1177 }
1178
1179 /// GetMemInstValueForLoad - This function is called when we have a
1180 /// memdep query of a load that ends up being a clobbering mem intrinsic.
1181 static Value *GetMemInstValueForLoad(MemIntrinsic *SrcInst, unsigned Offset,
1182                                      const Type *LoadTy, Instruction *InsertPt,
1183                                      const TargetData &TD){
1184   LLVMContext &Ctx = LoadTy->getContext();
1185   uint64_t LoadSize = TD.getTypeSizeInBits(LoadTy)/8;
1186
1187   IRBuilder<> Builder(InsertPt->getParent(), InsertPt);
1188
1189   // We know that this method is only called when the mem transfer fully
1190   // provides the bits for the load.
1191   if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(SrcInst)) {
1192     // memset(P, 'x', 1234) -> splat('x'), even if x is a variable, and
1193     // independently of what the offset is.
1194     Value *Val = MSI->getValue();
1195     if (LoadSize != 1)
1196       Val = Builder.CreateZExt(Val, IntegerType::get(Ctx, LoadSize*8));
1197
1198     Value *OneElt = Val;
1199
1200     // Splat the value out to the right number of bits.
1201     for (unsigned NumBytesSet = 1; NumBytesSet != LoadSize; ) {
1202       // If we can double the number of bytes set, do it.
1203       if (NumBytesSet*2 <= LoadSize) {
1204         Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, NumBytesSet*8);
1205         Val = Builder.CreateOr(Val, ShVal);
1206         NumBytesSet <<= 1;
1207         continue;
1208       }
1209
1210       // Otherwise insert one byte at a time.
1211       Value *ShVal = Builder.CreateShl(Val, 1*8);
1212       Val = Builder.CreateOr(OneElt, ShVal);
1213       ++NumBytesSet;
1214     }
1215
1216     return CoerceAvailableValueToLoadType(Val, LoadTy, InsertPt, TD);
1217   }
1218
1219   // Otherwise, this is a memcpy/memmove from a constant global.
1220   MemTransferInst *MTI = cast<MemTransferInst>(SrcInst);
1221   Constant *Src = cast<Constant>(MTI->getSource());
1222
1223   // Otherwise, see if we can constant fold a load from the constant with the
1224   // offset applied as appropriate.
1225   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src,
1226                                  llvm::Type::getInt8PtrTy(Src->getContext()));
1227   Constant *OffsetCst =
1228   ConstantInt::get(Type::getInt64Ty(Src->getContext()), (unsigned)Offset);
1229   Src = ConstantExpr::getGetElementPtr(Src, &OffsetCst, 1);
1230   Src = ConstantExpr::getBitCast(Src, PointerType::getUnqual(LoadTy));
1231   return ConstantFoldLoadFromConstPtr(Src, &TD);
1232 }
1233
1234
1235
1236 struct AvailableValueInBlock {
1237   /// BB - The basic block in question.
1238   BasicBlock *BB;
1239   enum ValType {
1240     SimpleVal,  // A simple offsetted value that is accessed.
1241     MemIntrin   // A memory intrinsic which is loaded from.
1242   };
1243
1244   /// V - The value that is live out of the block.
1245   PointerIntPair<Value *, 1, ValType> Val;
1246
1247   /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
1248   unsigned Offset;
1249
1250   static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
1251                                    unsigned Offset = 0) {
1252     AvailableValueInBlock Res;
1253     Res.BB = BB;
1254     Res.Val.setPointer(V);
1255     Res.Val.setInt(SimpleVal);
1256     Res.Offset = Offset;
1257     return Res;
1258   }
1259
1260   static AvailableValueInBlock getMI(BasicBlock *BB, MemIntrinsic *MI,
1261                                      unsigned Offset = 0) {
1262     AvailableValueInBlock Res;
1263     Res.BB = BB;
1264     Res.Val.setPointer(MI);
1265     Res.Val.setInt(MemIntrin);
1266     Res.Offset = Offset;
1267     return Res;
1268   }
1269
1270   bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
1271   Value *getSimpleValue() const {
1272     assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
1273     return Val.getPointer();
1274   }
1275
1276   MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
1277     assert(!isSimpleValue() && "Wrong accessor");
1278     return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
1279   }
1280 };
1281
1282 /// ConstructSSAForLoadSet - Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
1283 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
1284 /// that should be used at LI's definition site.
1285 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
1286                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
1287                                      const TargetData *TD,
1288                                      AliasAnalysis *AA) {
1289   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
1290   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
1291   SSAUpdate.Initialize(LI);
1292
1293   const Type *LoadTy = LI->getType();
1294
1295   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1296     const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1297     BasicBlock *BB = AV.BB;
1298
1299     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
1300       continue;
1301
1302     unsigned Offset = AV.Offset;
1303
1304     Value *AvailableVal;
1305     if (AV.isSimpleValue()) {
1306       AvailableVal = AV.getSimpleValue();
1307       if (AvailableVal->getType() != LoadTy) {
1308         assert(TD && "Need target data to handle type mismatch case");
1309         AvailableVal = GetStoreValueForLoad(AvailableVal, Offset, LoadTy,
1310                                             BB->getTerminator(), *TD);
1311
1312         DEBUG(errs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset << "  "
1313               << *AV.getSimpleValue() << '\n'
1314               << *AvailableVal << '\n' << "\n\n\n");
1315       }
1316     } else {
1317       AvailableVal = GetMemInstValueForLoad(AV.getMemIntrinValue(), Offset,
1318                                             LoadTy, BB->getTerminator(), *TD);
1319       DEBUG(errs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
1320             << "  " << *AV.getMemIntrinValue() << '\n'
1321             << *AvailableVal << '\n' << "\n\n\n");
1322     }
1323     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AvailableVal);
1324   }
1325
1326   // Perform PHI construction.
1327   Value *V = SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
1328
1329   // If new PHI nodes were created, notify alias analysis.
1330   if (isa<PointerType>(V->getType()))
1331     for (unsigned i = 0, e = NewPHIs.size(); i != e; ++i)
1332       AA->copyValue(LI, NewPHIs[i]);
1333
1334   return V;
1335 }
1336
1337 static bool isLifetimeStart(Instruction *Inst) {
1338   if (IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
1339     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
1340   return false;
1341 }
1342
1343 /// processNonLocalLoad - Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1344 /// non-local by performing PHI construction.
1345 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI,
1346                               SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1347   // Find the non-local dependencies of the load.
1348   SmallVector<NonLocalDepEntry, 64> Deps;
1349   MD->getNonLocalPointerDependency(LI->getOperand(0), true, LI->getParent(),
1350                                    Deps);
1351   //DEBUG(errs() << "INVESTIGATING NONLOCAL LOAD: "
1352   //             << Deps.size() << *LI << '\n');
1353
1354   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1355   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1356   // it will be too expensive.
1357   if (Deps.size() > 100)
1358     return false;
1359
1360   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1361   // clobber in the current block.  Reject this early.
1362   if (Deps.size() == 1 && Deps[0].getResult().isClobber()) {
1363     DEBUG(
1364       errs() << "GVN: non-local load ";
1365       WriteAsOperand(errs(), LI);
1366       errs() << " is clobbered by " << *Deps[0].getResult().getInst() << '\n';
1367     );
1368     return false;
1369   }
1370
1371   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1372   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1373   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1374   // that could potentially clobber the load).
1375   SmallVector<AvailableValueInBlock, 16> ValuesPerBlock;
1376   SmallVector<BasicBlock*, 16> UnavailableBlocks;
1377
1378   const TargetData *TD = 0;
1379
1380   for (unsigned i = 0, e = Deps.size(); i != e; ++i) {
1381     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1382     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1383
1384     if (DepInfo.isClobber()) {
1385       // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1386       // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1387       // to consider the right address.
1388       Value *Address = Deps[i].getAddress();
1389
1390       // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
1391       // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
1392       // stored value.
1393       if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
1394         if (TD == 0)
1395           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1396         if (TD && Address) {
1397           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address,
1398                                                       DepSI, *TD);
1399           if (Offset != -1) {
1400             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1401                                                            DepSI->getOperand(0),
1402                                                                 Offset));
1403             continue;
1404           }
1405         }
1406       }
1407
1408       // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
1409       // forward a value on from it.
1410       if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
1411         if (TD == 0)
1412           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1413         if (TD && Address) {
1414           int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
1415                                                         DepMI, *TD);
1416           if (Offset != -1) {
1417             ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getMI(DepBB, DepMI,
1418                                                                   Offset));
1419             continue;
1420           }
1421         }
1422       }
1423
1424       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1425       continue;
1426     }
1427
1428     Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
1429
1430     // Loading the allocation -> undef.
1431     if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst) ||
1432         // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
1433         isLifetimeStart(DepInst)) {
1434       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1435                                              UndefValue::get(LI->getType())));
1436       continue;
1437     }
1438
1439     if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1440       // Reject loads and stores that are to the same address but are of
1441       // different types if we have to.
1442       if (S->getOperand(0)->getType() != LI->getType()) {
1443         if (TD == 0)
1444           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1445
1446         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1447         // reuse it.
1448         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getOperand(0),
1449                                                         LI->getType(), *TD)) {
1450           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1451           continue;
1452         }
1453       }
1454
1455       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1456                                                           S->getOperand(0)));
1457       continue;
1458     }
1459
1460     if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1461       // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
1462       if (LD->getType() != LI->getType()) {
1463         if (TD == 0)
1464           TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
1465
1466         // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can
1467         // reuse it.
1468         if (TD == 0 || !CanCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(),*TD)){
1469           UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1470           continue;
1471         }
1472       }
1473       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB, LD));
1474       continue;
1475     }
1476
1477     UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1478     continue;
1479   }
1480
1481   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1482   // early.
1483   if (ValuesPerBlock.empty()) return false;
1484
1485   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1486   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1487   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1488   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1489     DEBUG(errs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1490
1491     // Perform PHI construction.
1492     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, TD,
1493                                       VN.getAliasAnalysis());
1494     LI->replaceAllUsesWith(V);
1495
1496     if (isa<PHINode>(V))
1497       V->takeName(LI);
1498     if (isa<PointerType>(V->getType()))
1499       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1500     toErase.push_back(LI);
1501     NumGVNLoad++;
1502     return true;
1503   }
1504
1505   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1506     return false;
1507
1508   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1509   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1510   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1511   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1512   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1513   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1514   // the load, not inserting a new one).
1515
1516   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers;
1517   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1518     Blockers.insert(UnavailableBlocks[i]);
1519
1520   // Lets find first basic block with more than one predecessor.  Walk backwards
1521   // through predecessors if needed.
1522   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1523   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1524
1525   bool isSinglePred = false;
1526   bool allSingleSucc = true;
1527   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1528     isSinglePred = true;
1529     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1530     if (!TmpBB) // If haven't found any, bail now.
1531       return false;
1532     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1533       return false;
1534     if (Blockers.count(TmpBB))
1535       return false;
1536     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1537       allSingleSucc = false;
1538   }
1539
1540   assert(TmpBB);
1541   LoadBB = TmpBB;
1542
1543   // If we have a repl set with LI itself in it, this means we have a loop where
1544   // at least one of the values is LI.  Since this means that we won't be able
1545   // to eliminate LI even if we insert uses in the other predecessors, we will
1546   // end up increasing code size.  Reject this by scanning for LI.
1547   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1548     if (ValuesPerBlock[i].isSimpleValue() &&
1549         ValuesPerBlock[i].getSimpleValue() == LI)
1550       return false;
1551
1552   // FIXME: It is extremely unclear what this loop is doing, other than
1553   // artificially restricting loadpre.
1554   if (isSinglePred) {
1555     bool isHot = false;
1556     for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i) {
1557       const AvailableValueInBlock &AV = ValuesPerBlock[i];
1558       if (AV.isSimpleValue())
1559         // "Hot" Instruction is in some loop (because it dominates its dep.
1560         // instruction).
1561         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(AV.getSimpleValue()))
1562           if (DT->dominates(LI, I)) {
1563             isHot = true;
1564             break;
1565           }
1566     }
1567
1568     // We are interested only in "hot" instructions. We don't want to do any
1569     // mis-optimizations here.
1570     if (!isHot)
1571       return false;
1572   }
1573
1574   // Okay, we have some hope :).  Check to see if the loaded value is fully
1575   // available in all but one predecessor.
1576   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1577   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1578   // that one block.
1579   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
1580
1581   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1582   for (unsigned i = 0, e = ValuesPerBlock.size(); i != e; ++i)
1583     FullyAvailableBlocks[ValuesPerBlock[i].BB] = true;
1584   for (unsigned i = 0, e = UnavailableBlocks.size(); i != e; ++i)
1585     FullyAvailableBlocks[UnavailableBlocks[i]] = false;
1586
1587   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB);
1588        PI != E; ++PI) {
1589     if (IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks))
1590       continue;
1591
1592     // If this load is not available in multiple predecessors, reject it.
1593     if (UnavailablePred && UnavailablePred != *PI)
1594       return false;
1595     UnavailablePred = *PI;
1596   }
1597
1598   assert(UnavailablePred != 0 &&
1599          "Fully available value should be eliminated above!");
1600
1601   // We don't currently handle critical edges :(
1602   if (UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1603     DEBUG(errs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF CRITICAL EDGE '"
1604                  << UnavailablePred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1605     return false;
1606   }
1607
1608   // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1609   // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1610   //
1611   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1612
1613   // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert the
1614   // load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the pointer if
1615   // it is not available.
1616   PHITransAddr Address(LI->getOperand(0), TD);
1617   Value *LoadPtr = 0;
1618   if (allSingleSucc) {
1619     LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1620                                                 *DT, NewInsts);
1621   } else {
1622     Address.PHITranslateValue(LoadBB, UnavailablePred);
1623     LoadPtr = Address.getAddr();
1624
1625     // Make sure the value is live in the predecessor.
1626     if (Instruction *Inst = dyn_cast_or_null<Instruction>(LoadPtr))
1627       if (!DT->dominates(Inst->getParent(), UnavailablePred))
1628         LoadPtr = 0;
1629   }
1630
1631   // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1632   // we fail PRE.
1633   if (LoadPtr == 0) {
1634     assert(NewInsts.empty() && "Shouldn't insert insts on failure");
1635     DEBUG(errs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1636                  << *LI->getOperand(0) << "\n");
1637     return false;
1638   }
1639
1640   // Assign value numbers to these new instructions.
1641   for (unsigned i = 0, e = NewInsts.size(); i != e; ++i) {
1642     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1643     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1644     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1645     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1646     VN.lookup_or_add(NewInsts[i]);
1647   }
1648
1649   // Make sure it is valid to move this load here.  We have to watch out for:
1650   //  @1 = getelementptr (i8* p, ...
1651   //  test p and branch if == 0
1652   //  load @1
1653   // It is valid to have the getelementptr before the test, even if p can be 0,
1654   // as getelementptr only does address arithmetic.
1655   // If we are not pushing the value through any multiple-successor blocks
1656   // we do not have this case.  Otherwise, check that the load is safe to
1657   // put anywhere; this can be improved, but should be conservatively safe.
1658   if (!allSingleSucc &&
1659       // FIXME: REEVALUTE THIS.
1660       !isSafeToLoadUnconditionally(LoadPtr, UnavailablePred->getTerminator())) {
1661     assert(NewInsts.empty() && "Should not have inserted instructions");
1662     return false;
1663   }
1664
1665   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1666   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1667   // it.
1668   DEBUG(errs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1669   DEBUG(if (!NewInsts.empty())
1670           errs() << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: "
1671                  << *NewInsts.back() << '\n');
1672
1673   Value *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre", false,
1674                                 LI->getAlignment(),
1675                                 UnavailablePred->getTerminator());
1676
1677   // Add the newly created load.
1678   ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,NewLoad));
1679
1680   // Perform PHI construction.
1681   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, TD,
1682                                     VN.getAliasAnalysis());
1683   LI->replaceAllUsesWith(V);
1684   if (isa<PHINode>(V))
1685     V->takeName(LI);
1686   if (isa<PointerType>(V->getType()))
1687     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1688   toErase.push_back(LI);
1689   NumPRELoad++;
1690   return true;
1691 }
1692
1693 /// processLoad - Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1694 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1695 bool GVN::processLoad(LoadInst *L, SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1696   if (!MD)
1697     return false;
1698
1699   if (L->isVolatile())
1700     return false;
1701
1702   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1703   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1704
1705   // If the value isn't available, don't do anything!
1706   if (Dep.isClobber()) {
1707     // Check to see if we have something like this:
1708     //   store i32 123, i32* %P
1709     //   %A = bitcast i32* %P to i8*
1710     //   %B = gep i8* %A, i32 1
1711     //   %C = load i8* %B
1712     //
1713     // We could do that by recognizing if the clobber instructions are obviously
1714     // a common base + constant offset, and if the previous store (or memset)
1715     // completely covers this load.  This sort of thing can happen in bitfield
1716     // access code.
1717     Value *AvailVal = 0;
1718     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(Dep.getInst()))
1719       if (const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>()) {
1720         int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingStore(L->getType(),
1721                                                     L->getPointerOperand(),
1722                                                     DepSI, *TD);
1723         if (Offset != -1)
1724           AvailVal = GetStoreValueForLoad(DepSI->getOperand(0), Offset,
1725                                           L->getType(), L, *TD);
1726       }
1727
1728     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can forward
1729     // a value on from it.
1730     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(Dep.getInst())) {
1731       if (const TargetData *TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>()) {
1732         int Offset = AnalyzeLoadFromClobberingMemInst(L->getType(),
1733                                                       L->getPointerOperand(),
1734                                                       DepMI, *TD);
1735         if (Offset != -1)
1736           AvailVal = GetMemInstValueForLoad(DepMI, Offset, L->getType(), L,*TD);
1737       }
1738     }
1739
1740     if (AvailVal) {
1741       DEBUG(errs() << "GVN COERCED INST:\n" << *Dep.getInst() << '\n'
1742             << *AvailVal << '\n' << *L << "\n\n\n");
1743
1744       // Replace the load!
1745       L->replaceAllUsesWith(AvailVal);
1746       if (isa<PointerType>(AvailVal->getType()))
1747         MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailVal);
1748       toErase.push_back(L);
1749       NumGVNLoad++;
1750       return true;
1751     }
1752
1753     DEBUG(
1754       // fast print dep, using operator<< on instruction would be too slow
1755       errs() << "GVN: load ";
1756       WriteAsOperand(errs(), L);
1757       Instruction *I = Dep.getInst();
1758       errs() << " is clobbered by " << *I << '\n';
1759     );
1760     return false;
1761   }
1762
1763   // If it is defined in another block, try harder.
1764   if (Dep.isNonLocal())
1765     return processNonLocalLoad(L, toErase);
1766
1767   Instruction *DepInst = Dep.getInst();
1768   if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
1769     Value *StoredVal = DepSI->getOperand(0);
1770
1771     // The store and load are to a must-aliased pointer, but they may not
1772     // actually have the same type.  See if we know how to reuse the stored
1773     // value (depending on its type).
1774     const TargetData *TD = 0;
1775     if (StoredVal->getType() != L->getType()) {
1776       if ((TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())) {
1777         StoredVal = CoerceAvailableValueToLoadType(StoredVal, L->getType(),
1778                                                    L, *TD);
1779         if (StoredVal == 0)
1780           return false;
1781
1782         DEBUG(errs() << "GVN COERCED STORE:\n" << *DepSI << '\n' << *StoredVal
1783                      << '\n' << *L << "\n\n\n");
1784       }
1785       else
1786         return false;
1787     }
1788
1789     // Remove it!
1790     L->replaceAllUsesWith(StoredVal);
1791     if (isa<PointerType>(StoredVal->getType()))
1792       MD->invalidateCachedPointerInfo(StoredVal);
1793     toErase.push_back(L);
1794     NumGVNLoad++;
1795     return true;
1796   }
1797
1798   if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
1799     Value *AvailableVal = DepLI;
1800
1801     // The loads are of a must-aliased pointer, but they may not actually have
1802     // the same type.  See if we know how to reuse the previously loaded value
1803     // (depending on its type).
1804     const TargetData *TD = 0;
1805     if (DepLI->getType() != L->getType()) {
1806       if ((TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>())) {
1807         AvailableVal = CoerceAvailableValueToLoadType(DepLI, L->getType(), L,*TD);
1808         if (AvailableVal == 0)
1809           return false;
1810
1811         DEBUG(errs() << "GVN COERCED LOAD:\n" << *DepLI << "\n" << *AvailableVal
1812                      << "\n" << *L << "\n\n\n");
1813       }
1814       else
1815         return false;
1816     }
1817
1818     // Remove it!
1819     L->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
1820     if (isa<PointerType>(DepLI->getType()))
1821       MD->invalidateCachedPointerInfo(DepLI);
1822     toErase.push_back(L);
1823     NumGVNLoad++;
1824     return true;
1825   }
1826
1827   // If this load really doesn't depend on anything, then we must be loading an
1828   // undef value.  This can happen when loading for a fresh allocation with no
1829   // intervening stores, for example.
1830   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMalloc(DepInst)) {
1831     L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1832     toErase.push_back(L);
1833     NumGVNLoad++;
1834     return true;
1835   }
1836
1837   // If this load occurs either right after a lifetime begin,
1838   // then the loaded value is undefined.
1839   if (IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(DepInst)) {
1840     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start) {
1841       L->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(L->getType()));
1842       toErase.push_back(L);
1843       NumGVNLoad++;
1844       return true;
1845     }
1846   }
1847
1848   return false;
1849 }
1850
1851 Value *GVN::lookupNumber(BasicBlock *BB, uint32_t num) {
1852   DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator I = localAvail.find(BB);
1853   if (I == localAvail.end())
1854     return 0;
1855
1856   ValueNumberScope *Locals = I->second;
1857   while (Locals) {
1858     DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = Locals->table.find(num);
1859     if (I != Locals->table.end())
1860       return I->second;
1861     Locals = Locals->parent;
1862   }
1863
1864   return 0;
1865 }
1866
1867
1868 /// processInstruction - When calculating availability, handle an instruction
1869 /// by inserting it into the appropriate sets
1870 bool GVN::processInstruction(Instruction *I,
1871                              SmallVectorImpl<Instruction*> &toErase) {
1872   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1873     bool Changed = processLoad(LI, toErase);
1874
1875     if (!Changed) {
1876       unsigned Num = VN.lookup_or_add(LI);
1877       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, LI));
1878     }
1879
1880     return Changed;
1881   }
1882
1883   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
1884   unsigned Num = VN.lookup_or_add(I);
1885
1886   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
1887     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1888
1889     if (!BI->isConditional() || isa<Constant>(BI->getCondition()))
1890       return false;
1891
1892     Value *BranchCond = BI->getCondition();
1893     uint32_t CondVN = VN.lookup_or_add(BranchCond);
1894
1895     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1896     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1897
1898     if (TrueSucc->getSinglePredecessor())
1899       localAvail[TrueSucc]->table[CondVN] =
1900         ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
1901     if (FalseSucc->getSinglePredecessor())
1902       localAvail[FalseSucc]->table[CondVN] =
1903         ConstantInt::getFalse(TrueSucc->getContext());
1904
1905     return false;
1906
1907   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
1908   // by fast failing them.
1909   } else if (isa<AllocaInst>(I) || isa<TerminatorInst>(I)) {
1910     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1911     return false;
1912   }
1913
1914   // Collapse PHI nodes
1915   if (PHINode* p = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1916     Value *constVal = CollapsePhi(p);
1917
1918     if (constVal) {
1919       p->replaceAllUsesWith(constVal);
1920       if (MD && isa<PointerType>(constVal->getType()))
1921         MD->invalidateCachedPointerInfo(constVal);
1922       VN.erase(p);
1923
1924       toErase.push_back(p);
1925     } else {
1926       localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1927     }
1928
1929   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
1930   // need to do a lookup to see if the number already exists
1931   // somewhere in the domtree: it can't!
1932   } else if (Num == NextNum) {
1933     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1934
1935   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
1936   // dominators.
1937   } else if (Value *repl = lookupNumber(I->getParent(), Num)) {
1938     // Remove it!
1939     VN.erase(I);
1940     I->replaceAllUsesWith(repl);
1941     if (MD && isa<PointerType>(repl->getType()))
1942       MD->invalidateCachedPointerInfo(repl);
1943     toErase.push_back(I);
1944     return true;
1945
1946   } else {
1947     localAvail[I->getParent()]->table.insert(std::make_pair(Num, I));
1948   }
1949
1950   return false;
1951 }
1952
1953 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
1954 bool GVN::runOnFunction(Function& F) {
1955   if (!NoLoads)
1956     MD = &getAnalysis<MemoryDependenceAnalysis>();
1957   DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1958   VN.setAliasAnalysis(&getAnalysis<AliasAnalysis>());
1959   VN.setMemDep(MD);
1960   VN.setDomTree(DT);
1961
1962   bool Changed = false;
1963   bool ShouldContinue = true;
1964
1965   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
1966   // optimization opportunities.
1967   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
1968     BasicBlock *BB = FI;
1969     ++FI;
1970     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, this);
1971     if (removedBlock) NumGVNBlocks++;
1972
1973     Changed |= removedBlock;
1974   }
1975
1976   unsigned Iteration = 0;
1977
1978   while (ShouldContinue) {
1979     DEBUG(errs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
1980     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
1981     Changed |= ShouldContinue;
1982     ++Iteration;
1983   }
1984
1985   if (EnablePRE) {
1986     bool PREChanged = true;
1987     while (PREChanged) {
1988       PREChanged = performPRE(F);
1989       Changed |= PREChanged;
1990     }
1991   }
1992   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
1993   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
1994   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
1995   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
1996
1997   cleanupGlobalSets();
1998
1999   return Changed;
2000 }
2001
2002
2003 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2004   // FIXME: Kill off toErase by doing erasing eagerly in a helper function (and
2005   // incrementing BI before processing an instruction).
2006   SmallVector<Instruction*, 8> toErase;
2007   bool ChangedFunction = false;
2008
2009   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2010        BI != BE;) {
2011     ChangedFunction |= processInstruction(BI, toErase);
2012     if (toErase.empty()) {
2013       ++BI;
2014       continue;
2015     }
2016
2017     // If we need some instructions deleted, do it now.
2018     NumGVNInstr += toErase.size();
2019
2020     // Avoid iterator invalidation.
2021     bool AtStart = BI == BB->begin();
2022     if (!AtStart)
2023       --BI;
2024
2025     for (SmallVector<Instruction*, 4>::iterator I = toErase.begin(),
2026          E = toErase.end(); I != E; ++I) {
2027       DEBUG(errs() << "GVN removed: " << **I << '\n');
2028       if (MD) MD->removeInstruction(*I);
2029       (*I)->eraseFromParent();
2030       DEBUG(verifyRemoved(*I));
2031     }
2032     toErase.clear();
2033
2034     if (AtStart)
2035       BI = BB->begin();
2036     else
2037       ++BI;
2038   }
2039
2040   return ChangedFunction;
2041 }
2042
2043 /// performPRE - Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2044 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2045 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2046   bool Changed = false;
2047   SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4> toSplit;
2048   DenseMap<BasicBlock*, Value*> predMap;
2049   for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(&F.getEntryBlock()),
2050        DE = df_end(&F.getEntryBlock()); DI != DE; ++DI) {
2051     BasicBlock *CurrentBlock = *DI;
2052
2053     // Nothing to PRE in the entry block.
2054     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock()) continue;
2055
2056     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2057          BE = CurrentBlock->end(); BI != BE; ) {
2058       Instruction *CurInst = BI++;
2059
2060       if (isa<AllocaInst>(CurInst) ||
2061           isa<TerminatorInst>(CurInst) || isa<PHINode>(CurInst) ||
2062           CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2063           CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2064           isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2065         continue;
2066
2067       uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2068
2069       // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2070       // only trying to solve the basic diamond case, where
2071       // a value is computed in the successor and one predecessor,
2072       // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2073       // where the successor is its own predecessor, because they're
2074       // more complicated to get right.
2075       unsigned NumWith = 0;
2076       unsigned NumWithout = 0;
2077       BasicBlock *PREPred = 0;
2078       predMap.clear();
2079
2080       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2081            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI) {
2082         // We're not interested in PRE where the block is its
2083         // own predecessor, on in blocks with predecessors
2084         // that are not reachable.
2085         if (*PI == CurrentBlock) {
2086           NumWithout = 2;
2087           break;
2088         } else if (!localAvail.count(*PI))  {
2089           NumWithout = 2;
2090           break;
2091         }
2092
2093         DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator predV =
2094                                             localAvail[*PI]->table.find(ValNo);
2095         if (predV == localAvail[*PI]->table.end()) {
2096           PREPred = *PI;
2097           NumWithout++;
2098         } else if (predV->second == CurInst) {
2099           NumWithout = 2;
2100         } else {
2101           predMap[*PI] = predV->second;
2102           NumWith++;
2103         }
2104       }
2105
2106       // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2107       // we would need to insert instructions in more than one pred.
2108       if (NumWithout != 1 || NumWith == 0)
2109         continue;
2110
2111       // Don't do PRE across indirect branch.
2112       if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2113         continue;
2114
2115       // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2116       // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2117       // on the function.
2118       unsigned SuccNum = 0;
2119       for (unsigned i = 0, e = PREPred->getTerminator()->getNumSuccessors();
2120            i != e; ++i)
2121         if (PREPred->getTerminator()->getSuccessor(i) == CurrentBlock) {
2122           SuccNum = i;
2123           break;
2124         }
2125
2126       if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2127         toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2128         continue;
2129       }
2130
2131       // Instantiate the expression the in predecessor that lacked it.
2132       // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2133       // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2134       // that weren't original present will have been instantiated earlier
2135       // in this loop.
2136       Instruction *PREInstr = CurInst->clone();
2137       bool success = true;
2138       for (unsigned i = 0, e = CurInst->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2139         Value *Op = PREInstr->getOperand(i);
2140         if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2141           continue;
2142
2143         if (Value *V = lookupNumber(PREPred, VN.lookup(Op))) {
2144           PREInstr->setOperand(i, V);
2145         } else {
2146           success = false;
2147           break;
2148         }
2149       }
2150
2151       // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2152       // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2153       // are not value numbered precisely.
2154       if (!success) {
2155         delete PREInstr;
2156         DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2157         continue;
2158       }
2159
2160       PREInstr->insertBefore(PREPred->getTerminator());
2161       PREInstr->setName(CurInst->getName() + ".pre");
2162       predMap[PREPred] = PREInstr;
2163       VN.add(PREInstr, ValNo);
2164       NumGVNPRE++;
2165
2166       // Update the availability map to include the new instruction.
2167       localAvail[PREPred]->table.insert(std::make_pair(ValNo, PREInstr));
2168
2169       // Create a PHI to make the value available in this block.
2170       PHINode* Phi = PHINode::Create(CurInst->getType(),
2171                                      CurInst->getName() + ".pre-phi",
2172                                      CurrentBlock->begin());
2173       for (pred_iterator PI = pred_begin(CurrentBlock),
2174            PE = pred_end(CurrentBlock); PI != PE; ++PI)
2175         Phi->addIncoming(predMap[*PI], *PI);
2176
2177       VN.add(Phi, ValNo);
2178       localAvail[CurrentBlock]->table[ValNo] = Phi;
2179
2180       CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2181       if (MD && isa<PointerType>(Phi->getType()))
2182         MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2183       VN.erase(CurInst);
2184
2185       DEBUG(errs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2186       if (MD) MD->removeInstruction(CurInst);
2187       CurInst->eraseFromParent();
2188       DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2189       Changed = true;
2190     }
2191   }
2192
2193   for (SmallVector<std::pair<TerminatorInst*, unsigned>, 4>::iterator
2194        I = toSplit.begin(), E = toSplit.end(); I != E; ++I)
2195     SplitCriticalEdge(I->first, I->second, this);
2196
2197   return Changed || toSplit.size();
2198 }
2199
2200 /// iterateOnFunction - Executes one iteration of GVN
2201 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2202   cleanupGlobalSets();
2203
2204   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2205        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI) {
2206     if (DI->getIDom())
2207       localAvail[DI->getBlock()] =
2208                    new ValueNumberScope(localAvail[DI->getIDom()->getBlock()]);
2209     else
2210       localAvail[DI->getBlock()] = new ValueNumberScope(0);
2211   }
2212
2213   // Top-down walk of the dominator tree
2214   bool Changed = false;
2215 #if 0
2216   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2217   ReversePostOrderTraversal<Function*> RPOT(&F);
2218   for (ReversePostOrderTraversal<Function*>::rpo_iterator RI = RPOT.begin(),
2219        RE = RPOT.end(); RI != RE; ++RI)
2220     Changed |= processBlock(*RI);
2221 #else
2222   for (df_iterator<DomTreeNode*> DI = df_begin(DT->getRootNode()),
2223        DE = df_end(DT->getRootNode()); DI != DE; ++DI)
2224     Changed |= processBlock(DI->getBlock());
2225 #endif
2226
2227   return Changed;
2228 }
2229
2230 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2231   VN.clear();
2232
2233   for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::iterator
2234        I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I)
2235     delete I->second;
2236   localAvail.clear();
2237 }
2238
2239 /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur in our
2240 /// internal data structures.
2241 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2242   VN.verifyRemoved(Inst);
2243
2244   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2245   // ferreted away in it.
2246   for (DenseMap<BasicBlock*, ValueNumberScope*>::const_iterator
2247          I = localAvail.begin(), E = localAvail.end(); I != E; ++I) {
2248     const ValueNumberScope *VNS = I->second;
2249
2250     while (VNS) {
2251       for (DenseMap<uint32_t, Value*>::const_iterator
2252              II = VNS->table.begin(), IE = VNS->table.end(); II != IE; ++II) {
2253         assert(II->second != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2254       }
2255
2256       VNS = VNS->parent;
2257     }
2258   }
2259 }