fix a -Wbool-conversions warning from clang.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / JumpThreading.cpp
1 //===- JumpThreading.cpp - Thread control through conditional blocks ------===//
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 file implements the Jump Threading pass.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "jump-threading"
15 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
16 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
17 #include "llvm/LLVMContext.h"
18 #include "llvm/Pass.h"
19 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
20 #include "llvm/Analysis/LazyValueInfo.h"
21 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
22 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
24 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
26 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
31 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
34 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
35 using namespace llvm;
36
37 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
38 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
39 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
40
41 static cl::opt<unsigned>
42 Threshold("jump-threading-threshold", 
43           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
44           cl::init(6), cl::Hidden);
45
46 // Turn on use of LazyValueInfo.
47 static cl::opt<bool>
48 EnableLVI("enable-jump-threading-lvi", cl::ReallyHidden);
49
50
51
52 namespace {
53   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
54   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
55   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
56   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
57   /// duplicating the contents of this block.
58   ///
59   /// An example of when this can occur is code like this:
60   ///
61   ///   if () { ...
62   ///     X = 4;
63   ///   }
64   ///   if (X < 3) {
65   ///
66   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
67   /// revectored to the false side of the second if.
68   ///
69   class JumpThreading : public FunctionPass {
70     TargetData *TD;
71     LazyValueInfo *LVI;
72 #ifdef NDEBUG
73     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
74 #else
75     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
76 #endif
77   public:
78     static char ID; // Pass identification
79     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
80
81     bool runOnFunction(Function &F);
82     
83     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
84       if (EnableLVI)
85         AU.addRequired<LazyValueInfo>();
86     }
87     
88     void FindLoopHeaders(Function &F);
89     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
90     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
91                     BasicBlock *SuccBB);
92     bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
93                                   const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs);
94     
95     typedef SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*,
96                                       BasicBlock*> > PredValueInfo;
97     
98     bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
99                                          PredValueInfo &Result);
100     bool ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB);
101     
102     
103     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
104     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
105
106     bool ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN);
107     bool ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO);
108     
109     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
110   };
111 }
112
113 char JumpThreading::ID = 0;
114 static RegisterPass<JumpThreading>
115 X("jump-threading", "Jump Threading");
116
117 // Public interface to the Jump Threading pass
118 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
119
120 /// runOnFunction - Top level algorithm.
121 ///
122 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
123   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
124   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
125   LVI = EnableLVI ? &getAnalysis<LazyValueInfo>() : 0;
126   
127   FindLoopHeaders(F);
128   
129   bool Changed, EverChanged = false;
130   do {
131     Changed = false;
132     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
133       BasicBlock *BB = I;
134       // Thread all of the branches we can over this block. 
135       while (ProcessBlock(BB))
136         Changed = true;
137       
138       ++I;
139       
140       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
141       // edges which simplifies the CFG.
142       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
143           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
144         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
145               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
146         LoopHeaders.erase(BB);
147         DeleteDeadBlock(BB);
148         Changed = true;
149       } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
150         // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
151         // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
152         // this dead.
153         if (BI->isUnconditional() && 
154             BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
155           BasicBlock::iterator BBI = BB->getFirstNonPHI();
156           // Ignore dbg intrinsics.
157           while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
158             ++BBI;
159           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
160           if (BBI->isTerminator()) {
161             // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
162             // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
163             // reinsert afterward if needed.
164             bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
165             BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
166             
167             if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
168               Changed = true;
169               // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
170               // successor is now the header of the loop.
171               BB = Succ;
172             }
173             
174             if (ErasedFromLoopHeaders)
175               LoopHeaders.insert(BB);
176           }
177         }
178       }
179     }
180     EverChanged |= Changed;
181   } while (Changed);
182   
183   LoopHeaders.clear();
184   return EverChanged;
185 }
186
187 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
188 /// thread across it.
189 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
190   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
191   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
192   
193   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
194   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
195   
196   
197   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
198   // include the terminator because the copy won't include it.
199   unsigned Size = 0;
200   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
201     // Debugger intrinsics don't incur code size.
202     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
203     
204     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
205     if (isa<BitCastInst>(I) && I->getType()->isPointerTy())
206       continue;
207     
208     // All other instructions count for at least one unit.
209     ++Size;
210     
211     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
212     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
213     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
214     // them as having cost 1.
215     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
216       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
217         Size += 3;
218       else if (!CI->getType()->isVectorTy())
219         Size += 1;
220     }
221   }
222   
223   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
224   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
225   if (isa<SwitchInst>(I))
226     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
227   
228   return Size;
229 }
230
231 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
232 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
233 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
234 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
235 /// by finding targets of backedges in the CFG.
236 ///
237 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
238 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
239 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
240 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
241 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
242 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
243 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
244 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
245 ///
246 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
247   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
248   FindFunctionBackedges(F, Edges);
249   
250   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
251     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
252 }
253
254 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
255 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt in any of our
256 /// predecessors.  If so, return the known list of value and pred BB in the
257 /// result vector.  If a value is known to be undef, it is returned as null.
258 ///
259 /// This returns true if there were any known values.
260 ///
261 bool JumpThreading::
262 ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,PredValueInfo &Result){
263   // If V is a constantint, then it is known in all predecessors.
264   if (isa<ConstantInt>(V) || isa<UndefValue>(V)) {
265     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
266     
267     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
268       Result.push_back(std::make_pair(CI, *PI));
269     return true;
270   }
271   
272   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
273   // then it can't be derived from a PHI.
274   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
275   if (I == 0 || I->getParent() != BB) {
276     
277     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
278     // of any of our predecessors.
279     //
280     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
281     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
282     /// predecessor based on its terminator.
283     //
284     if (LVI) {
285       // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
286       // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
287       // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
288       // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
289       // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
290       
291       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
292         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
293         // predecessor, use that information to try to thread this block.
294         Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, *PI, BB);
295         if (PredCst == 0 ||
296             (!isa<ConstantInt>(PredCst) && !isa<UndefValue>(PredCst)))
297           continue;
298         
299         Result.push_back(std::make_pair(dyn_cast<ConstantInt>(PredCst), *PI));
300       }
301       
302       return !Result.empty();
303     }
304     
305     return false;
306   }
307   
308   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
309   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
310     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
311       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
312       if (isa<ConstantInt>(InVal) || isa<UndefValue>(InVal)) {
313         ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(InVal);
314         Result.push_back(std::make_pair(CI, PN->getIncomingBlock(i)));
315       }
316     }
317     return !Result.empty();
318   }
319   
320   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> LHSVals, RHSVals;
321
322   // Handle some boolean conditions.
323   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) { 
324     // X | true -> true
325     // X & false -> false
326     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
327         I->getOpcode() == Instruction::And) {
328       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals);
329       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals);
330       
331       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
332         return false;
333       
334       ConstantInt *InterestingVal;
335       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
336         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
337       else
338         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
339       
340       // Scan for the sentinel.  If we find an undef, force it to the
341       // interesting value: x|undef -> true and x&undef -> false.
342       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
343         if (LHSVals[i].first == InterestingVal || LHSVals[i].first == 0) {
344           Result.push_back(LHSVals[i]);
345           Result.back().first = InterestingVal;
346         }
347       for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
348         if (RHSVals[i].first == InterestingVal || RHSVals[i].first == 0) {
349           Result.push_back(RHSVals[i]);
350           Result.back().first = InterestingVal;
351         }
352       return !Result.empty();
353     }
354     
355     // Handle the NOT form of XOR.
356     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
357         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
358         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
359       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result);
360       if (Result.empty())
361         return false;
362
363       // Invert the known values.
364       for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
365         if (Result[i].first)
366           Result[i].first =
367             cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(Result[i].first));
368       return true;
369     }
370   }
371   
372   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
373   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
374     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
375     if (PN && PN->getParent() == BB) {
376       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
377       // See if any do.
378       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
379         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
380         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
381         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
382         
383         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, TD);
384         if (Res == 0) {
385           if (!LVI || !isa<Constant>(RHS))
386             continue;
387           
388           LazyValueInfo::Tristate 
389             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
390                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB);
391           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
392             continue;
393           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
394         }
395         
396         if (isa<UndefValue>(Res))
397           Result.push_back(std::make_pair((ConstantInt*)0, PredBB));
398         else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Res))
399           Result.push_back(std::make_pair(CI, PredBB));
400       }
401       
402       return !Result.empty();
403     }
404     
405     
406     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
407     // live-in value on any predecessors.
408     if (LVI && isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) &&
409         Cmp->getType()->isIntegerTy() && // Not vector compare.
410         (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
411          cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
412       Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
413       
414       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
415         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
416         // predecessor, use that information to try to thread this block.
417         LazyValueInfo::Tristate
418           Res = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
419                                         RHSCst, *PI, BB);
420         if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
421           continue;
422
423         Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
424         Result.push_back(std::make_pair(cast<ConstantInt>(ResC), *PI));
425       }
426       
427       return !Result.empty();
428     }
429   }
430   return false;
431 }
432
433
434
435 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
436 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
437 ///
438 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
439 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
440 ///
441 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
442   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
443   unsigned MinSucc = 0;
444   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
445   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
446   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
447   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
448     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
449     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
450     if (NumPreds < MinNumPreds)
451       MinSucc = i;
452   }
453   
454   return MinSucc;
455 }
456
457 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
458 /// through to a successor, transform them now.
459 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
460   // If the block is trivially dead, just return and let the caller nuke it.
461   // This simplifies other transformations.
462   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
463       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
464     return false;
465   
466   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
467   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
468   // because now the condition in this block can be threaded through
469   // predecessors of our predecessor block.
470   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
471     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
472         SinglePred != BB) {
473       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
474       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
475         LoopHeaders.insert(BB);
476       
477       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
478       // will need to move BB back to the entry position.
479       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
480       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
481       
482       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
483         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
484       return true;
485     }
486   }
487
488   // Look to see if the terminator is a branch of switch, if not we can't thread
489   // it.
490   Value *Condition;
491   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
492     // Can't thread an unconditional jump.
493     if (BI->isUnconditional()) return false;
494     Condition = BI->getCondition();
495   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
496     Condition = SI->getCondition();
497   else
498     return false; // Must be an invoke.
499   
500   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
501   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
502   // other blocks.
503   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
504     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
505           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
506     ++NumFolds;
507     ConstantFoldTerminator(BB);
508     return true;
509   }
510   
511   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
512   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
513   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
514     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
515     
516     // Fold the branch/switch.
517     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
518     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
519       if (i == BestSucc) continue;
520       RemovePredecessorAndSimplify(BBTerm->getSuccessor(i), BB, TD);
521     }
522     
523     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
524           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
525     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
526     BBTerm->eraseFromParent();
527     return true;
528   }
529   
530   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
531
532   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
533   // predecessor has the same condition:
534   //     br COND, BBX, BBY
535   //  BBX:
536   //     br COND, BBZ, BBW
537   if (!LVI &&
538       !Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
539       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
540     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
541     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
542       for (; PI != E; ++PI)
543         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
544           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
545               ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
546             return true;
547     } else {
548       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
549       for (; PI != E; ++PI)
550         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
551           if (PSI->getCondition() == Condition &&
552               ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
553             return true;
554     }
555   }
556
557   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
558   if (CondInst == 0) {
559     // FIXME: Unify this with code below.
560     if (LVI && ProcessThreadableEdges(Condition, BB))
561       return true;
562     return false;
563   }  
564     
565   
566   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
567     if (!LVI &&
568         (!isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) ||
569          cast<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
570       // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
571       // a condition with a lexically identical value.
572       pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
573       for (; PI != E; ++PI)
574         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
575           if (PBI->isConditional() && *PI != BB) {
576             if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
577               if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
578                   CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
579                   CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
580                 // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
581                 if (ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
582                   return true;
583               }
584             }
585           }
586     }
587   }
588
589   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
590   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
591   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
592   // which can then be used to thread the values.
593   //
594   Value *SimplifyValue = CondInst;
595   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
596     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
597       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
598   
599   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
600   // more complex comparisons.
601   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
602     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
603       return true;
604   
605   
606   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
607   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
608   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
609   //
610   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB))
611     return true;
612   
613   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
614   // block, see if we can simplify.
615   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
616     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
617       return ProcessBranchOnPHI(PN);
618   
619   
620   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
621   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
622       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
623     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
624   
625   
626   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
627   // "(X == 4)", thread through this block.
628   
629   return false;
630 }
631
632 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
633 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
634 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
635 ///  PREDBB:
636 ///     br COND, DESTBB, BBY
637 ///  DESTBB:
638 ///     br COND, BBZ, BBW
639 ///
640 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
641 /// in DESTBB, we have to thread over it.
642 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
643                                                  BasicBlock *BB) {
644   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
645   
646   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
647   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
648   // simplifications.
649   bool BranchDir;
650   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
651     BranchDir = true;
652   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
653     BranchDir = false;
654   else {
655     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << PredBB->getName()
656           << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator() << '\n');
657     ++NumFolds;
658     ConstantFoldTerminator(PredBB);
659     return true;
660   }
661    
662   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
663
664   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
665   // constant and fold it.
666   if (BB->getSinglePredecessor()) {
667     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
668           << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
669           << *BB->getTerminator() << '\n');
670     ++NumFolds;
671     Value *OldCond = DestBI->getCondition();
672     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
673                                           BranchDir));
674     // Delete dead instructions before we fold the branch.  Folding the branch
675     // can eliminate edges from the CFG which can end up deleting OldCond.
676     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
677     ConstantFoldTerminator(BB);
678     return true;
679   }
680  
681   
682   // Next, figure out which successor we are threading to.
683   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
684   
685   SmallVector<BasicBlock*, 2> Preds;
686   Preds.push_back(PredBB);
687   
688   // Ok, try to thread it!
689   return ThreadEdge(BB, Preds, SuccBB);
690 }
691
692 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
693 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
694 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
695 ///  PREDBB:
696 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
697 ///  DESTBB:
698 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
699 ///
700 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
701 /// switches out of repeated 'if' conditions.
702 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
703                                                  BasicBlock *DestBB) {
704   // Can't thread edge to self.
705   if (PredBB == DestBB)
706     return false;
707   
708   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
709   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
710
711   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
712   // blocks: we order them from most to least preferable.
713   
714   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
715   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
716   // growth.  Skip debug info first.
717   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
718   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
719     BBI++;
720   
721   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
722   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
723     bool MadeChange = false;
724     // Ignore the default edge for now.
725     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
726       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
727       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
728       
729       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
730       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
731       // by the default case, we can't update PredSI.
732       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
733       if (PredCase == 0) continue;
734       
735       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
736       // case on this condition.
737       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
738           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
739         continue;
740       
741       // Do not forward this if it already goes to this destination, this would
742       // be an infinite loop.
743       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) == DestSucc)
744         continue;
745
746       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
747       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
748       DEBUG(dbgs() << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI);
749       DEBUG(dbgs() << "THROUGH: " << *DestSI);
750
751       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
752       // simplicity.
753       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
754         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
755         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
756       }
757       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
758       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
759       MadeChange = true;
760     }
761     
762     if (MadeChange)
763       return true;
764   }
765   
766   return false;
767 }
768
769
770 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
771 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
772 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
773 /// interlaced with other jump threading tasks.
774 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
775   // Don't hack volatile loads.
776   if (LI->isVolatile()) return false;
777   
778   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
779   // partially redundant.
780   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
781   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
782     return false;
783   
784   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
785
786   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
787   // TODO: Could do simple PHI translation, that would be fun :)
788   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
789     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
790       return false;
791   
792   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
793   // the entry to its block.
794   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
795
796   if (Value *AvailableVal = 
797         FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, BBIt, 6)) {
798     // If the value if the load is locally available within the block, just use
799     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
800     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
801     
802     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
803     // only happen in dead loops.
804     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
805     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
806     LI->eraseFromParent();
807     return true;
808   }
809
810   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
811   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
812   // might clobber its value.
813   if (BBIt != LoadBB->begin())
814     return false;
815   
816   
817   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
818   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
819   AvailablePredsTy AvailablePreds;
820   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
821   
822   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
823   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
824   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
825        PI != PE; ++PI) {
826     BasicBlock *PredBB = *PI;
827
828     // If we already scanned this predecessor, skip it.
829     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
830       continue;
831
832     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
833     BBIt = PredBB->end();
834     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
835     if (!PredAvailable) {
836       OneUnavailablePred = PredBB;
837       continue;
838     }
839     
840     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
841     // can create a PHI node.
842     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
843   }
844   
845   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
846   // redundant.
847   if (AvailablePreds.empty()) return false;
848   
849   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
850   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
851   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
852   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
853   // code size.
854   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
855   
856   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
857   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
858   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
859   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
860       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
861     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
862   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
863     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
864     // edge from the one.
865     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
866     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
867
868     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
869       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
870
871     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
872     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
873          PI != PE; ++PI)
874       if (!AvailablePredSet.count(*PI))
875         PredsToSplit.push_back(*PI);
876     
877     // Split them out to their own block.
878     UnavailablePred =
879       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
880                              "thread-pre-split", this);
881   }
882   
883   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
884   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
885   // it to the AvailablePreds list.
886   if (UnavailablePred) {
887     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
888            "Can't handle critical edge here!");
889     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr", false,
890                                  LI->getAlignment(),
891                                  UnavailablePred->getTerminator());
892     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
893   }
894   
895   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
896   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
897   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
898   
899   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
900   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
901   PN->takeName(LI);
902   
903   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
904   // have multiple entries here.
905   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
906        ++PI) {
907     AvailablePredsTy::iterator I = 
908       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
909                        std::make_pair(*PI, (Value*)0));
910     
911     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == *PI &&
912            "Didn't find entry for predecessor!");
913     
914     PN->addIncoming(I->second, I->first);
915   }
916   
917   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
918   
919   LI->replaceAllUsesWith(PN);
920   LI->eraseFromParent();
921   
922   return true;
923 }
924
925 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
926 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
927 /// the list.
928 static BasicBlock *
929 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
930                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
931                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
932   assert(!PredToDestList.empty());
933   
934   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
935   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
936   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
937   // them later if interesting.
938   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
939   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
940     if (PredToDestList[i].second)
941       DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
942   
943   // Find the most popular dest.
944   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
945   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
946   unsigned Popularity = DPI->second;
947   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
948   
949   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
950     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
951     // seen so far, ignore it.
952     if (DPI->second < Popularity)
953       ; // ignore.
954     else if (DPI->second == Popularity) {
955       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
956       SamePopularity.push_back(DPI->first);
957     } else {
958       // If it is more popular, remember it.
959       SamePopularity.clear();
960       MostPopularDest = DPI->first;
961       Popularity = DPI->second;
962     }      
963   }
964   
965   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than
966   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
967   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
968   // successor list.
969   if (!SamePopularity.empty()) {
970     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
971     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
972     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
973       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
974       
975       if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
976                     TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
977         continue;
978       
979       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
980       break;
981     }
982   }
983   
984   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
985   return MostPopularDest;
986 }
987
988 bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB) {
989   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
990   // thread the edge.
991   if (LoopHeaders.count(BB))
992     return false;
993   
994   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> PredValues;
995   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues))
996     return false;
997   assert(!PredValues.empty() &&
998          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
999
1000   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
1001         for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1002           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = ";
1003           if (PredValues[i].first)
1004             dbgs() << *PredValues[i].first;
1005           else
1006             dbgs() << "UNDEF";
1007           dbgs() << " for pred '" << PredValues[i].second->getName()
1008           << "'.\n";
1009         });
1010   
1011   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
1012   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
1013   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1014   // as a null dest in the PredToDestList).
1015   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1016   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1017   
1018   BasicBlock *OnlyDest = 0;
1019   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1020   
1021   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1022     BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
1023     if (!SeenPreds.insert(Pred))
1024       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1025     
1026     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1027     // destination.
1028     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1029       continue;
1030     
1031     ConstantInt *Val = PredValues[i].first;
1032     
1033     BasicBlock *DestBB;
1034     if (Val == 0)      // Undef.
1035       DestBB = 0;
1036     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1037       DestBB = BI->getSuccessor(Val->isZero());
1038     else {
1039       SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
1040       DestBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(Val));
1041     }
1042
1043     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1044     if (i == 0)
1045       OnlyDest = DestBB;
1046     else if (OnlyDest != DestBB)
1047       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1048     
1049     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1050   }
1051   
1052   // If all edges were unthreadable, we fail.
1053   if (PredToDestList.empty())
1054     return false;
1055   
1056   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1057   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1058   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1059   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1060   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1061   
1062   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1063     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1064   
1065   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1066   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1067   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1068   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1069     if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
1070       BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
1071       
1072       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1073       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1074       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1075       TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
1076       for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1077         if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
1078           PredsToFactor.push_back(Pred);
1079     }
1080
1081   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1082   // the destination that these predecessors should get to.
1083   if (MostPopularDest == 0)
1084     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1085                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1086         
1087   // Ok, try to thread it!
1088   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1089 }
1090
1091 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1092 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1093 /// can do based on inputs to the phi node.
1094 /// 
1095 bool JumpThreading::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1096   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1097   
1098   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1099   // values.
1100   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1101   PredBBs.resize(1);
1102   
1103   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1104   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1105   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1106   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1107   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1108     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1109     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1110       if (PredBr->isUnconditional()) {
1111         PredBBs[0] = PredBB;
1112         // Try to duplicate BB into PredBB.
1113         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1114           return true;
1115       }
1116   }
1117
1118   return false;
1119 }
1120
1121 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1122 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1123 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1124 /// 
1125 bool JumpThreading::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1126   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1127   
1128   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1129   // optimization.
1130   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1131       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1132     return false;
1133   
1134   // If the first instruction in BB isn't a phi, we won't be able to infer
1135   // anything special about any particular predecessor.
1136   if (!isa<PHINode>(BB->front()))
1137     return false;
1138   
1139   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1140   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1141   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1142   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1143   //
1144   // This copies something like this:
1145   //
1146   //  BB:
1147   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1148   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1149   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1150   //    br i1 %Z, ...
1151   //
1152   // Into:
1153   //  BB':
1154   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1155   //    br i1 %Z, ...
1156
1157   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> XorOpValues;
1158   bool isLHS = true;
1159   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues)) {
1160     assert(XorOpValues.empty());
1161     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues))
1162       return false;
1163     isLHS = false;
1164   }
1165   
1166   assert(!XorOpValues.empty() &&
1167          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1168
1169   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1170   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1171   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1172   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1173     if (!XorOpValues[i].first) continue;  // Ignore undefs for the count.
1174     if (XorOpValues[i].first->isZero())
1175       ++NumFalse;
1176     else
1177       ++NumTrue;
1178   }
1179   
1180   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1181   ConstantInt *SplitVal = 0;
1182   if (NumTrue > NumFalse)
1183     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1184   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1185     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1186   
1187   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1188   // factor this once and clone it once.
1189   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1190   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1191     if (XorOpValues[i].first != SplitVal && XorOpValues[i].first != 0) continue;
1192
1193     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValues[i].second);
1194   }
1195   
1196   // If we inferred a value for all of the predecessors, then duplication won't
1197   // help us.  However, we can just replace the LHS or RHS with the constant.
1198   if (BlocksToFoldInto.size() ==
1199       cast<PHINode>(BB->front()).getNumIncomingValues()) {
1200     if (SplitVal == 0) {
1201       // If all preds provide undef, just nuke the xor, because it is undef too.
1202       BO->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BO->getType()));
1203       BO->eraseFromParent();
1204     } else if (SplitVal->isZero()) {
1205       // If all preds provide 0, replace the xor with the other input.
1206       BO->replaceAllUsesWith(BO->getOperand(isLHS));
1207       BO->eraseFromParent();
1208     } else {
1209       // If all preds provide 1, set the computed value to 1.
1210       BO->setOperand(!isLHS, SplitVal);
1211     }
1212     
1213     return true;
1214   }
1215   
1216   // Try to duplicate BB into PredBB.
1217   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1218 }
1219
1220
1221 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1222 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1223 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1224 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1225                                             BasicBlock *OldPred,
1226                                             BasicBlock *NewPred,
1227                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1228   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1229        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1230     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1231     // DestBlock.
1232     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1233     
1234     // Remap the value if necessary.
1235     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1236       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1237       if (I != ValueMap.end())
1238         IV = I->second;
1239     }
1240     
1241     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1242   }
1243 }
1244
1245 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1246 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1247 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1248 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, 
1249                                const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs, 
1250                                BasicBlock *SuccBB) {
1251   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1252   if (SuccBB == BB) {
1253     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1254           << "' - would thread to self!\n");
1255     return false;
1256   }
1257   
1258   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1259   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1260   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1261     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1262           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1263           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1264     return false;
1265   }
1266
1267   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1268   if (JumpThreadCost > Threshold) {
1269     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1270           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1271     return false;
1272   }
1273   
1274   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1275   BasicBlock *PredBB;
1276   if (PredBBs.size() == 1)
1277     PredBB = PredBBs[0];
1278   else {
1279     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1280           << " common predecessors.\n");
1281     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1282                                     ".thr_comm", this);
1283   }
1284   
1285   // And finally, do it!
1286   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1287         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1288         << ", across block:\n    "
1289         << *BB << "\n");
1290   
1291   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1292   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1293   // account for entry from PredBB.
1294   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1295   
1296   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), 
1297                                          BB->getName()+".thread", 
1298                                          BB->getParent(), BB);
1299   NewBB->moveAfter(PredBB);
1300   
1301   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1302   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1303     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1304   
1305   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1306   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1307   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1308     Instruction *New = BI->clone();
1309     New->setName(BI->getName());
1310     NewBB->getInstList().push_back(New);
1311     ValueMapping[BI] = New;
1312    
1313     // Remap operands to patch up intra-block references.
1314     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1315       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1316         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1317         if (I != ValueMapping.end())
1318           New->setOperand(i, I->second);
1319       }
1320   }
1321   
1322   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1323   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1324   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1325   
1326   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1327   // PHI nodes for NewBB now.
1328   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1329   
1330   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1331   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1332   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1333   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1334   SSAUpdater SSAUpdate;
1335   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1336   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1337     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1338     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1339     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1340          ++UI) {
1341       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1342       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1343         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1344           continue;
1345       } else if (User->getParent() == BB)
1346         continue;
1347       
1348       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1349     }
1350     
1351     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1352     if (UsesToRename.empty())
1353       continue;
1354     
1355     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1356
1357     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1358     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1359     // with the two values we know.
1360     SSAUpdate.Initialize(I);
1361     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1362     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1363     
1364     while (!UsesToRename.empty())
1365       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1366     DEBUG(dbgs() << "\n");
1367   }
1368   
1369   
1370   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1371   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1372   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1373   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1374   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1375     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1376       RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1377       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1378     }
1379   
1380   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1381   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1382   // frequently happens because of phi translation.
1383   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TD);
1384   
1385   // Threaded an edge!
1386   ++NumThreads;
1387   return true;
1388 }
1389
1390 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1391 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1392 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1393 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1394 /// a compare.
1395 bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
1396                                  const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
1397   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
1398
1399   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1400   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1401   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1402   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1403     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1404           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
1405           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1406     return false;
1407   }
1408   
1409   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1410   if (DuplicationCost > Threshold) {
1411     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1412           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1413     return false;
1414   }
1415   
1416   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1417   BasicBlock *PredBB;
1418   if (PredBBs.size() == 1)
1419     PredBB = PredBBs[0];
1420   else {
1421     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1422           << " common predecessors.\n");
1423     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1424                                     ".thr_comm", this);
1425   }
1426   
1427   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1428   // of PredBB.
1429   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1430         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1431         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1432   
1433   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
1434   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
1435   BranchInst *OldPredBranch = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1436   
1437   if (OldPredBranch == 0 || !OldPredBranch->isUnconditional()) {
1438     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB, this);
1439     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1440   }
1441   
1442   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1443   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1444   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1445   
1446   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1447   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1448     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1449   
1450   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1451   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1452   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1453     Instruction *New = BI->clone();
1454     
1455     // Remap operands to patch up intra-block references.
1456     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1457       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1458         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1459         if (I != ValueMapping.end())
1460           New->setOperand(i, I->second);
1461       }
1462
1463     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
1464     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
1465     // phi translation.
1466     if (Value *IV = SimplifyInstruction(New, TD)) {
1467       delete New;
1468       ValueMapping[BI] = IV;
1469     } else {
1470       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
1471       New->setName(BI->getName());
1472       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
1473       ValueMapping[BI] = New;
1474     }
1475   }
1476   
1477   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1478   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1479   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1480   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1481                                   ValueMapping);
1482   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1483                                   ValueMapping);
1484   
1485   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1486   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1487   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1488   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1489   SSAUpdater SSAUpdate;
1490   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1491   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1492     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1493     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1494     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1495          ++UI) {
1496       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1497       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1498         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1499           continue;
1500       } else if (User->getParent() == BB)
1501         continue;
1502       
1503       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1504     }
1505     
1506     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1507     if (UsesToRename.empty())
1508       continue;
1509     
1510     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1511     
1512     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1513     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1514     // with the two values we know.
1515     SSAUpdate.Initialize(I);
1516     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1517     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
1518     
1519     while (!UsesToRename.empty())
1520       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1521     DEBUG(dbgs() << "\n");
1522   }
1523   
1524   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1525   // that we nuked.
1526   RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1527   
1528   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1529   OldPredBranch->eraseFromParent();
1530   
1531   ++NumDupes;
1532   return true;
1533 }
1534
1535