953131155181c0c35c26993572ffa496db1c9094
[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/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
22 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
24 #include "llvm/Target/TargetData.h"
25 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
26 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
27 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
28 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
30 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
31 #include "llvm/Support/Debug.h"
32 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
33 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
34 using namespace llvm;
35
36 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
37 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
38 STATISTIC(NumDupes,   "Number of branch blocks duplicated to eliminate phi");
39
40 static cl::opt<unsigned>
41 Threshold("jump-threading-threshold", 
42           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
43           cl::init(6), cl::Hidden);
44
45 // Turn on use of LazyValueInfo.
46 static cl::opt<bool>
47 EnableLVI("enable-jump-threading-lvi", cl::ReallyHidden);
48
49
50
51 namespace {
52   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
53   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
54   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
55   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
56   /// duplicating the contents of this block.
57   ///
58   /// An example of when this can occur is code like this:
59   ///
60   ///   if () { ...
61   ///     X = 4;
62   ///   }
63   ///   if (X < 3) {
64   ///
65   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
66   /// revectored to the false side of the second if.
67   ///
68   class JumpThreading : public FunctionPass {
69     TargetData *TD;
70     LazyValueInfo *LVI;
71 #ifdef NDEBUG
72     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
73 #else
74     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
75 #endif
76   public:
77     static char ID; // Pass identification
78     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
79
80     bool runOnFunction(Function &F);
81     
82     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
83       if (EnableLVI)
84         AU.addRequired<LazyValueInfo>();
85     }
86     
87     void FindLoopHeaders(Function &F);
88     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
89     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs,
90                     BasicBlock *SuccBB);
91     bool DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
92                                   const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs);
93     
94     typedef SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*,
95                                       BasicBlock*> > PredValueInfo;
96     
97     bool ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,
98                                          PredValueInfo &Result);
99     bool ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB);
100     
101     
102     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
103     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
104
105     bool ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN);
106     bool ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO);
107     
108     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
109   };
110 }
111
112 char JumpThreading::ID = 0;
113 static RegisterPass<JumpThreading>
114 X("jump-threading", "Jump Threading");
115
116 // Public interface to the Jump Threading pass
117 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
118
119 /// runOnFunction - Top level algorithm.
120 ///
121 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
122   DEBUG(dbgs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
123   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
124   LVI = EnableLVI ? &getAnalysis<LazyValueInfo>() : 0;
125   
126   FindLoopHeaders(F);
127   
128   bool Changed, EverChanged = false;
129   do {
130     Changed = false;
131     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
132       BasicBlock *BB = I;
133       // Thread all of the branches we can over this block. 
134       while (ProcessBlock(BB))
135         Changed = true;
136       
137       ++I;
138       
139       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
140       // edges which simplifies the CFG.
141       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
142           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
143         DEBUG(dbgs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
144               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
145         LoopHeaders.erase(BB);
146         DeleteDeadBlock(BB);
147         Changed = true;
148       } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
149         // Can't thread an unconditional jump, but if the block is "almost
150         // empty", we can replace uses of it with uses of the successor and make
151         // this dead.
152         if (BI->isUnconditional() && 
153             BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
154           BasicBlock::iterator BBI = BB->getFirstNonPHI();
155           // Ignore dbg intrinsics.
156           while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
157             ++BBI;
158           // If the terminator is the only non-phi instruction, try to nuke it.
159           if (BBI->isTerminator()) {
160             // Since TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock may delete the
161             // block, we have to make sure it isn't in the LoopHeaders set.  We
162             // reinsert afterward if needed.
163             bool ErasedFromLoopHeaders = LoopHeaders.erase(BB);
164             BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
165             
166             if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB)) {
167               Changed = true;
168               // If we deleted BB and BB was the header of a loop, then the
169               // successor is now the header of the loop.
170               BB = Succ;
171             }
172             
173             if (ErasedFromLoopHeaders)
174               LoopHeaders.insert(BB);
175           }
176         }
177       }
178     }
179     EverChanged |= Changed;
180   } while (Changed);
181   
182   LoopHeaders.clear();
183   return EverChanged;
184 }
185
186 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
187 /// thread across it.
188 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
189   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
190   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
191   
192   // FIXME: THREADING will delete values that are just used to compute the
193   // branch, so they shouldn't count against the duplication cost.
194   
195   
196   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
197   // include the terminator because the copy won't include it.
198   unsigned Size = 0;
199   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
200     // Debugger intrinsics don't incur code size.
201     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
202     
203     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
204     if (isa<BitCastInst>(I) && isa<PointerType>(I->getType()))
205       continue;
206     
207     // All other instructions count for at least one unit.
208     ++Size;
209     
210     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
211     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
212     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
213     // them as having cost 1.
214     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
215       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
216         Size += 3;
217       else if (!isa<VectorType>(CI->getType()))
218         Size += 1;
219     }
220   }
221   
222   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
223   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
224   if (isa<SwitchInst>(I))
225     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
226   
227   return Size;
228 }
229
230 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
231 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
232 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
233 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
234 /// by finding targets of backedges in the CFG.
235 ///
236 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
237 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
238 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
239 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
240 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
241 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
242 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
243 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
244 ///
245 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
246   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
247   FindFunctionBackedges(F, Edges);
248   
249   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
250     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
251 }
252
253 /// ComputeValueKnownInPredecessors - Given a basic block BB and a value V, see
254 /// if we can infer that the value is a known ConstantInt in any of our
255 /// predecessors.  If so, return the known list of value and pred BB in the
256 /// result vector.  If a value is known to be undef, it is returned as null.
257 ///
258 /// This returns true if there were any known values.
259 ///
260 bool JumpThreading::
261 ComputeValueKnownInPredecessors(Value *V, BasicBlock *BB,PredValueInfo &Result){
262   // If V is a constantint, then it is known in all predecessors.
263   if (isa<ConstantInt>(V) || isa<UndefValue>(V)) {
264     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
265     
266     for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
267       Result.push_back(std::make_pair(CI, *PI));
268     return true;
269   }
270   
271   // If V is a non-instruction value, or an instruction in a different block,
272   // then it can't be derived from a PHI.
273   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
274   if (I == 0 || I->getParent() != BB) {
275     
276     // Okay, if this is a live-in value, see if it has a known value at the end
277     // of any of our predecessors.
278     //
279     // FIXME: This should be an edge property, not a block end property.
280     /// TODO: Per PR2563, we could infer value range information about a
281     /// predecessor based on its terminator.
282     //
283     if (LVI) {
284       // FIXME: change this to use the more-rich 'getPredicateOnEdge' method if
285       // "I" is a non-local compare-with-a-constant instruction.  This would be
286       // able to handle value inequalities better, for example if the compare is
287       // "X < 4" and "X < 3" is known true but "X < 4" itself is not available.
288       // Perhaps getConstantOnEdge should be smart enough to do this?
289       
290       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
291         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
292         // predecessor, use that information to try to thread this block.
293         Constant *PredCst = LVI->getConstantOnEdge(V, *PI, BB);
294         if (PredCst == 0 ||
295             (!isa<ConstantInt>(PredCst) && !isa<UndefValue>(PredCst)))
296           continue;
297         
298         Result.push_back(std::make_pair(dyn_cast<ConstantInt>(PredCst), *PI));
299       }
300       
301       return !Result.empty();
302     }
303     
304     return false;
305   }
306   
307   /// If I is a PHI node, then we know the incoming values for any constants.
308   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
309     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
310       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
311       if (isa<ConstantInt>(InVal) || isa<UndefValue>(InVal)) {
312         ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(InVal);
313         Result.push_back(std::make_pair(CI, PN->getIncomingBlock(i)));
314       }
315     }
316     return !Result.empty();
317   }
318   
319   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> LHSVals, RHSVals;
320
321   // Handle some boolean conditions.
322   if (I->getType()->getPrimitiveSizeInBits() == 1) { 
323     // X | true -> true
324     // X & false -> false
325     if (I->getOpcode() == Instruction::Or ||
326         I->getOpcode() == Instruction::And) {
327       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, LHSVals);
328       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(1), BB, RHSVals);
329       
330       if (LHSVals.empty() && RHSVals.empty())
331         return false;
332       
333       ConstantInt *InterestingVal;
334       if (I->getOpcode() == Instruction::Or)
335         InterestingVal = ConstantInt::getTrue(I->getContext());
336       else
337         InterestingVal = ConstantInt::getFalse(I->getContext());
338       
339       // Scan for the sentinel.
340       for (unsigned i = 0, e = LHSVals.size(); i != e; ++i)
341         if (LHSVals[i].first == InterestingVal || LHSVals[i].first == 0)
342           Result.push_back(LHSVals[i]);
343       for (unsigned i = 0, e = RHSVals.size(); i != e; ++i)
344         if (RHSVals[i].first == InterestingVal || RHSVals[i].first == 0)
345           Result.push_back(RHSVals[i]);
346       return !Result.empty();
347     }
348     
349     // Handle the NOT form of XOR.
350     if (I->getOpcode() == Instruction::Xor &&
351         isa<ConstantInt>(I->getOperand(1)) &&
352         cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))->isOne()) {
353       ComputeValueKnownInPredecessors(I->getOperand(0), BB, Result);
354       if (Result.empty())
355         return false;
356
357       // Invert the known values.
358       for (unsigned i = 0, e = Result.size(); i != e; ++i)
359         if (Result[i].first)
360           Result[i].first =
361             cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getNot(Result[i].first));
362       return true;
363     }
364   }
365   
366   // Handle compare with phi operand, where the PHI is defined in this block.
367   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
368     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
369     if (PN && PN->getParent() == BB) {
370       // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
371       // See if any do.
372       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
373         BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
374         Value *LHS = PN->getIncomingValue(i);
375         Value *RHS = Cmp->getOperand(1)->DoPHITranslation(BB, PredBB);
376         
377         Value *Res = SimplifyCmpInst(Cmp->getPredicate(), LHS, RHS, TD);
378         if (Res == 0) {
379           if (!LVI || !isa<Constant>(RHS))
380             continue;
381           
382           LazyValueInfo::Tristate 
383             ResT = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), LHS,
384                                            cast<Constant>(RHS), PredBB, BB);
385           if (ResT == LazyValueInfo::Unknown)
386             continue;
387           Res = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(LHS->getContext()), ResT);
388         }
389         
390         if (isa<UndefValue>(Res))
391           Result.push_back(std::make_pair((ConstantInt*)0, PredBB));
392         else if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Res))
393           Result.push_back(std::make_pair(CI, PredBB));
394       }
395       
396       return !Result.empty();
397     }
398     
399     
400     // If comparing a live-in value against a constant, see if we know the
401     // live-in value on any predecessors.
402     if (LVI && isa<Constant>(Cmp->getOperand(1)) &&
403         Cmp->getType()->isInteger() && // Not vector compare.
404         (!isa<Instruction>(Cmp->getOperand(0)) ||
405          cast<Instruction>(Cmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
406       Constant *RHSCst = cast<Constant>(Cmp->getOperand(1));
407       
408       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
409         // If the value is known by LazyValueInfo to be a constant in a
410         // predecessor, use that information to try to thread this block.
411         LazyValueInfo::Tristate
412           Res = LVI->getPredicateOnEdge(Cmp->getPredicate(), Cmp->getOperand(0),
413                                         RHSCst, *PI, BB);
414         if (Res == LazyValueInfo::Unknown)
415           continue;
416
417         Constant *ResC = ConstantInt::get(Cmp->getType(), Res);
418         Result.push_back(std::make_pair(cast<ConstantInt>(ResC), *PI));
419       }
420       
421       return !Result.empty();
422     }
423   }
424   return false;
425 }
426
427
428
429 /// GetBestDestForBranchOnUndef - If we determine that the specified block ends
430 /// in an undefined jump, decide which block is best to revector to.
431 ///
432 /// Since we can pick an arbitrary destination, we pick the successor with the
433 /// fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the others.
434 ///
435 static unsigned GetBestDestForJumpOnUndef(BasicBlock *BB) {
436   TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
437   unsigned MinSucc = 0;
438   BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
439   // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
440   unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
441   for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
442     TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
443     unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
444     if (NumPreds < MinNumPreds)
445       MinSucc = i;
446   }
447   
448   return MinSucc;
449 }
450
451 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
452 /// through to a successor, transform them now.
453 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
454   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
455   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
456   // because now the condition in this block can be threaded through
457   // predecessors of our predecessor block.
458   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor()) {
459     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
460         SinglePred != BB) {
461       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
462       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
463         LoopHeaders.insert(BB);
464       
465       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
466       // will need to move BB back to the entry position.
467       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
468       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
469       
470       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
471         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
472       return true;
473     }
474   }
475
476   // Look to see if the terminator is a branch of switch, if not we can't thread
477   // it.
478   Value *Condition;
479   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
480     // Can't thread an unconditional jump.
481     if (BI->isUnconditional()) return false;
482     Condition = BI->getCondition();
483   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
484     Condition = SI->getCondition();
485   else
486     return false; // Must be an invoke.
487   
488   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
489   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
490   // other blocks.
491   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
492     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
493           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator() << '\n');
494     ++NumFolds;
495     ConstantFoldTerminator(BB);
496     return true;
497   }
498   
499   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
500   // successors to branch to.  Let GetBestDestForJumpOnUndef decide.
501   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
502     unsigned BestSucc = GetBestDestForJumpOnUndef(BB);
503     
504     // Fold the branch/switch.
505     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
506     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
507       if (i == BestSucc) continue;
508       RemovePredecessorAndSimplify(BBTerm->getSuccessor(i), BB, TD);
509     }
510     
511     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
512           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm << '\n');
513     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(BestSucc), BBTerm);
514     BBTerm->eraseFromParent();
515     return true;
516   }
517   
518   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
519
520   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
521   // predecessor has the same condition:
522   //     br COND, BBX, BBY
523   //  BBX:
524   //     br COND, BBZ, BBW
525   if (!LVI &&
526       !Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
527       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
528     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
529     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
530       for (; PI != E; ++PI)
531         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
532           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
533               ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
534             return true;
535     } else {
536       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
537       for (; PI != E; ++PI)
538         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
539           if (PSI->getCondition() == Condition &&
540               ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
541             return true;
542     }
543   }
544
545   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
546   if (CondInst == 0) {
547     // FIXME: Unify this with code below.
548     if (LVI && ProcessThreadableEdges(Condition, BB))
549       return true;
550     return false;
551   }  
552     
553   
554   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
555     if (!LVI &&
556         (!isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0)) ||
557          cast<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))->getParent() != BB)) {
558       // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
559       // a condition with a lexically identical value.
560       pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
561       for (; PI != E; ++PI)
562         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
563           if (PBI->isConditional() && *PI != BB) {
564             if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
565               if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
566                   CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
567                   CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
568                 // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
569                 if (ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
570                   return true;
571               }
572             }
573           }
574     }
575   }
576
577   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
578   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
579   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
580   // which can then be used to thread the values.
581   //
582   Value *SimplifyValue = CondInst;
583   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
584     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
585       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
586   
587   // TODO: There are other places where load PRE would be profitable, such as
588   // more complex comparisons.
589   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
590     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
591       return true;
592   
593   
594   // Handle a variety of cases where we are branching on something derived from
595   // a PHI node in the current block.  If we can prove that any predecessors
596   // compute a predictable value based on a PHI node, thread those predecessors.
597   //
598   if (ProcessThreadableEdges(CondInst, BB))
599     return true;
600   
601   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a phi node in the current
602   // block, see if we can simplify.
603   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
604     if (PN->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
605       return ProcessBranchOnPHI(PN);
606   
607   
608   // If this is an otherwise-unfoldable branch on a XOR, see if we can simplify.
609   if (CondInst->getOpcode() == Instruction::Xor &&
610       CondInst->getParent() == BB && isa<BranchInst>(BB->getTerminator()))
611     return ProcessBranchOnXOR(cast<BinaryOperator>(CondInst));
612   
613   
614   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
615   // "(X == 4)", thread through this block.
616   
617   return false;
618 }
619
620 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
621 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
622 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
623 ///  PREDBB:
624 ///     br COND, DESTBB, BBY
625 ///  DESTBB:
626 ///     br COND, BBZ, BBW
627 ///
628 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
629 /// in DESTBB, we have to thread over it.
630 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
631                                                  BasicBlock *BB) {
632   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
633   
634   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
635   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
636   // simplifications.
637   bool BranchDir;
638   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
639     BranchDir = true;
640   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
641     BranchDir = false;
642   else {
643     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << PredBB->getName()
644           << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator() << '\n');
645     ++NumFolds;
646     ConstantFoldTerminator(PredBB);
647     return true;
648   }
649    
650   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
651
652   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
653   // constant and fold it.
654   if (BB->getSinglePredecessor()) {
655     DEBUG(dbgs() << "  In block '" << BB->getName()
656           << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
657           << *BB->getTerminator() << '\n');
658     ++NumFolds;
659     Value *OldCond = DestBI->getCondition();
660     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
661                                           BranchDir));
662     ConstantFoldTerminator(BB);
663     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(OldCond);
664     return true;
665   }
666  
667   
668   // Next, figure out which successor we are threading to.
669   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
670   
671   SmallVector<BasicBlock*, 2> Preds;
672   Preds.push_back(PredBB);
673   
674   // Ok, try to thread it!
675   return ThreadEdge(BB, Preds, SuccBB);
676 }
677
678 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
679 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
680 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
681 ///  PREDBB:
682 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
683 ///  DESTBB:
684 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
685 ///
686 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
687 /// switches out of repeated 'if' conditions.
688 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
689                                                  BasicBlock *DestBB) {
690   // Can't thread edge to self.
691   if (PredBB == DestBB)
692     return false;
693   
694   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
695   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
696
697   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
698   // blocks: we order them from most to least preferable.
699   
700   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
701   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
702   // growth.  Skip debug info first.
703   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
704   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
705     BBI++;
706   
707   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
708   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
709     bool MadeChange = false;
710     // Ignore the default edge for now.
711     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
712       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
713       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
714       
715       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
716       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
717       // by the default case, we can't update PredSI.
718       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
719       if (PredCase == 0) continue;
720       
721       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
722       // case on this condition.
723       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
724           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
725         continue;
726       
727       // Do not forward this if it already goes to this destination, this would
728       // be an infinite loop.
729       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) == DestSucc)
730         continue;
731
732       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
733       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
734       DEBUG(dbgs() << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI);
735       DEBUG(dbgs() << "THROUGH: " << *DestSI);
736
737       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
738       // simplicity.
739       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
740         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
741         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
742       }
743       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
744       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
745       MadeChange = true;
746     }
747     
748     if (MadeChange)
749       return true;
750   }
751   
752   return false;
753 }
754
755
756 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
757 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
758 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
759 /// interlaced with other jump threading tasks.
760 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
761   // Don't hack volatile loads.
762   if (LI->isVolatile()) return false;
763   
764   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
765   // partially redundant.
766   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
767   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
768     return false;
769   
770   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
771
772   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
773   // TODO: Could do simple PHI translation, that would be fun :)
774   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
775     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
776       return false;
777   
778   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
779   // the entry to its block.
780   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
781
782   if (Value *AvailableVal = 
783         FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, BBIt, 6)) {
784     // If the value if the load is locally available within the block, just use
785     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
786     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
787     
788     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
789     // only happen in dead loops.
790     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
791     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
792     LI->eraseFromParent();
793     return true;
794   }
795
796   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
797   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
798   // might clobber its value.
799   if (BBIt != LoadBB->begin())
800     return false;
801   
802   
803   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
804   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
805   AvailablePredsTy AvailablePreds;
806   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
807   
808   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
809   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
810   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
811        PI != PE; ++PI) {
812     BasicBlock *PredBB = *PI;
813
814     // If we already scanned this predecessor, skip it.
815     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
816       continue;
817
818     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
819     BBIt = PredBB->end();
820     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
821     if (!PredAvailable) {
822       OneUnavailablePred = PredBB;
823       continue;
824     }
825     
826     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
827     // can create a PHI node.
828     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
829   }
830   
831   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
832   // redundant.
833   if (AvailablePreds.empty()) return false;
834   
835   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
836   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
837   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
838   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
839   // code size.
840   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
841   
842   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
843   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
844   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
845   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
846       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
847     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
848   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
849     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
850     // edge from the one.
851     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
852     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
853
854     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
855       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
856
857     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
858     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
859          PI != PE; ++PI)
860       if (!AvailablePredSet.count(*PI))
861         PredsToSplit.push_back(*PI);
862     
863     // Split them out to their own block.
864     UnavailablePred =
865       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
866                              "thread-pre-split", this);
867   }
868   
869   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
870   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
871   // it to the AvailablePreds list.
872   if (UnavailablePred) {
873     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
874            "Can't handle critical edge here!");
875     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr", false,
876                                  LI->getAlignment(),
877                                  UnavailablePred->getTerminator());
878     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
879   }
880   
881   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
882   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
883   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
884   
885   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
886   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
887   PN->takeName(LI);
888   
889   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
890   // have multiple entries here.
891   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
892        ++PI) {
893     AvailablePredsTy::iterator I = 
894       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
895                        std::make_pair(*PI, (Value*)0));
896     
897     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == *PI &&
898            "Didn't find entry for predecessor!");
899     
900     PN->addIncoming(I->second, I->first);
901   }
902   
903   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
904   
905   LI->replaceAllUsesWith(PN);
906   LI->eraseFromParent();
907   
908   return true;
909 }
910
911 /// FindMostPopularDest - The specified list contains multiple possible
912 /// threadable destinations.  Pick the one that occurs the most frequently in
913 /// the list.
914 static BasicBlock *
915 FindMostPopularDest(BasicBlock *BB,
916                     const SmallVectorImpl<std::pair<BasicBlock*,
917                                   BasicBlock*> > &PredToDestList) {
918   assert(!PredToDestList.empty());
919   
920   // Determine popularity.  If there are multiple possible destinations, we
921   // explicitly choose to ignore 'undef' destinations.  We prefer to thread
922   // blocks with known and real destinations to threading undef.  We'll handle
923   // them later if interesting.
924   DenseMap<BasicBlock*, unsigned> DestPopularity;
925   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
926     if (PredToDestList[i].second)
927       DestPopularity[PredToDestList[i].second]++;
928   
929   // Find the most popular dest.
930   DenseMap<BasicBlock*, unsigned>::iterator DPI = DestPopularity.begin();
931   BasicBlock *MostPopularDest = DPI->first;
932   unsigned Popularity = DPI->second;
933   SmallVector<BasicBlock*, 4> SamePopularity;
934   
935   for (++DPI; DPI != DestPopularity.end(); ++DPI) {
936     // If the popularity of this entry isn't higher than the popularity we've
937     // seen so far, ignore it.
938     if (DPI->second < Popularity)
939       ; // ignore.
940     else if (DPI->second == Popularity) {
941       // If it is the same as what we've seen so far, keep track of it.
942       SamePopularity.push_back(DPI->first);
943     } else {
944       // If it is more popular, remember it.
945       SamePopularity.clear();
946       MostPopularDest = DPI->first;
947       Popularity = DPI->second;
948     }      
949   }
950   
951   // Okay, now we know the most popular destination.  If there is more than
952   // destination, we need to determine one.  This is arbitrary, but we need
953   // to make a deterministic decision.  Pick the first one that appears in the
954   // successor list.
955   if (!SamePopularity.empty()) {
956     SamePopularity.push_back(MostPopularDest);
957     TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
958     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
959       assert(i != TI->getNumSuccessors() && "Didn't find any successor!");
960       
961       if (std::find(SamePopularity.begin(), SamePopularity.end(),
962                     TI->getSuccessor(i)) == SamePopularity.end())
963         continue;
964       
965       MostPopularDest = TI->getSuccessor(i);
966       break;
967     }
968   }
969   
970   // Okay, we have finally picked the most popular destination.
971   return MostPopularDest;
972 }
973
974 bool JumpThreading::ProcessThreadableEdges(Value *Cond, BasicBlock *BB) {
975   // If threading this would thread across a loop header, don't even try to
976   // thread the edge.
977   if (LoopHeaders.count(BB))
978     return false;
979   
980   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> PredValues;
981   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(Cond, BB, PredValues))
982     return false;
983   assert(!PredValues.empty() &&
984          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
985
986   DEBUG(dbgs() << "IN BB: " << *BB;
987         for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
988           dbgs() << "  BB '" << BB->getName() << "': FOUND condition = ";
989           if (PredValues[i].first)
990             dbgs() << *PredValues[i].first;
991           else
992             dbgs() << "UNDEF";
993           dbgs() << " for pred '" << PredValues[i].second->getName()
994           << "'.\n";
995         });
996   
997   // Decide what we want to thread through.  Convert our list of known values to
998   // a list of known destinations for each pred.  This also discards duplicate
999   // predecessors and keeps track of the undefined inputs (which are represented
1000   // as a null dest in the PredToDestList).
1001   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SeenPreds;
1002   SmallVector<std::pair<BasicBlock*, BasicBlock*>, 16> PredToDestList;
1003   
1004   BasicBlock *OnlyDest = 0;
1005   BasicBlock *MultipleDestSentinel = (BasicBlock*)(intptr_t)~0ULL;
1006   
1007   for (unsigned i = 0, e = PredValues.size(); i != e; ++i) {
1008     BasicBlock *Pred = PredValues[i].second;
1009     if (!SeenPreds.insert(Pred))
1010       continue;  // Duplicate predecessor entry.
1011     
1012     // If the predecessor ends with an indirect goto, we can't change its
1013     // destination.
1014     if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator()))
1015       continue;
1016     
1017     ConstantInt *Val = PredValues[i].first;
1018     
1019     BasicBlock *DestBB;
1020     if (Val == 0)      // Undef.
1021       DestBB = 0;
1022     else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
1023       DestBB = BI->getSuccessor(Val->isZero());
1024     else {
1025       SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
1026       DestBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(Val));
1027     }
1028
1029     // If we have exactly one destination, remember it for efficiency below.
1030     if (i == 0)
1031       OnlyDest = DestBB;
1032     else if (OnlyDest != DestBB)
1033       OnlyDest = MultipleDestSentinel;
1034     
1035     PredToDestList.push_back(std::make_pair(Pred, DestBB));
1036   }
1037   
1038   // If all edges were unthreadable, we fail.
1039   if (PredToDestList.empty())
1040     return false;
1041   
1042   // Determine which is the most common successor.  If we have many inputs and
1043   // this block is a switch, we want to start by threading the batch that goes
1044   // to the most popular destination first.  If we only know about one
1045   // threadable destination (the common case) we can avoid this.
1046   BasicBlock *MostPopularDest = OnlyDest;
1047   
1048   if (MostPopularDest == MultipleDestSentinel)
1049     MostPopularDest = FindMostPopularDest(BB, PredToDestList);
1050   
1051   // Now that we know what the most popular destination is, factor all
1052   // predecessors that will jump to it into a single predecessor.
1053   SmallVector<BasicBlock*, 16> PredsToFactor;
1054   for (unsigned i = 0, e = PredToDestList.size(); i != e; ++i)
1055     if (PredToDestList[i].second == MostPopularDest) {
1056       BasicBlock *Pred = PredToDestList[i].first;
1057       
1058       // This predecessor may be a switch or something else that has multiple
1059       // edges to the block.  Factor each of these edges by listing them
1060       // according to # occurrences in PredsToFactor.
1061       TerminatorInst *PredTI = Pred->getTerminator();
1062       for (unsigned i = 0, e = PredTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1063         if (PredTI->getSuccessor(i) == BB)
1064           PredsToFactor.push_back(Pred);
1065     }
1066
1067   // If the threadable edges are branching on an undefined value, we get to pick
1068   // the destination that these predecessors should get to.
1069   if (MostPopularDest == 0)
1070     MostPopularDest = BB->getTerminator()->
1071                             getSuccessor(GetBestDestForJumpOnUndef(BB));
1072         
1073   // Ok, try to thread it!
1074   return ThreadEdge(BB, PredsToFactor, MostPopularDest);
1075 }
1076
1077 /// ProcessBranchOnPHI - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1078 /// a PHI node in the current block.  See if there are any simplifications we
1079 /// can do based on inputs to the phi node.
1080 /// 
1081 bool JumpThreading::ProcessBranchOnPHI(PHINode *PN) {
1082   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1083   
1084   // TODO: We could make use of this to do it once for blocks with common PHI
1085   // values.
1086   SmallVector<BasicBlock*, 1> PredBBs;
1087   PredBBs.resize(1);
1088   
1089   // If any of the predecessor blocks end in an unconditional branch, we can
1090   // *duplicate* the conditional branch into that block in order to further
1091   // encourage jump threading and to eliminate cases where we have branch on a
1092   // phi of an icmp (branch on icmp is much better).
1093   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1094     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1095     if (BranchInst *PredBr = dyn_cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator()))
1096       if (PredBr->isUnconditional()) {
1097         PredBBs[0] = PredBB;
1098         // Try to duplicate BB into PredBB.
1099         if (DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, PredBBs))
1100           return true;
1101       }
1102   }
1103
1104   return false;
1105 }
1106
1107 /// ProcessBranchOnXOR - We have an otherwise unthreadable conditional branch on
1108 /// a xor instruction in the current block.  See if there are any
1109 /// simplifications we can do based on inputs to the xor.
1110 /// 
1111 bool JumpThreading::ProcessBranchOnXOR(BinaryOperator *BO) {
1112   BasicBlock *BB = BO->getParent();
1113   
1114   // If either the LHS or RHS of the xor is a constant, don't do this
1115   // optimization.
1116   if (isa<ConstantInt>(BO->getOperand(0)) ||
1117       isa<ConstantInt>(BO->getOperand(1)))
1118     return false;
1119   
1120   // If we have a xor as the branch input to this block, and we know that the
1121   // LHS or RHS of the xor in any predecessor is true/false, then we can clone
1122   // the condition into the predecessor and fix that value to true, saving some
1123   // logical ops on that path and encouraging other paths to simplify.
1124   //
1125   // This copies something like this:
1126   //
1127   //  BB:
1128   //    %X = phi i1 [1],  [%X']
1129   //    %Y = icmp eq i32 %A, %B
1130   //    %Z = xor i1 %X, %Y
1131   //    br i1 %Z, ...
1132   //
1133   // Into:
1134   //  BB':
1135   //    %Y = icmp ne i32 %A, %B
1136   //    br i1 %Z, ...
1137
1138   SmallVector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*>, 8> XorOpValues;
1139   bool isLHS = true;
1140   if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(0), BB, XorOpValues)) {
1141     assert(XorOpValues.empty());
1142     if (!ComputeValueKnownInPredecessors(BO->getOperand(1), BB, XorOpValues))
1143       return false;
1144     isLHS = false;
1145   }
1146   
1147   assert(!XorOpValues.empty() &&
1148          "ComputeValueKnownInPredecessors returned true with no values");
1149
1150   // Scan the information to see which is most popular: true or false.  The
1151   // predecessors can be of the set true, false, or undef.
1152   unsigned NumTrue = 0, NumFalse = 0;
1153   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1154     if (!XorOpValues[i].first) continue;  // Ignore undefs for the count.
1155     if (XorOpValues[i].first->isZero())
1156       ++NumFalse;
1157     else
1158       ++NumTrue;
1159   }
1160   
1161   // Determine which value to split on, true, false, or undef if neither.
1162   ConstantInt *SplitVal = 0;
1163   if (NumTrue > NumFalse)
1164     SplitVal = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
1165   else if (NumTrue != 0 || NumFalse != 0)
1166     SplitVal = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
1167   
1168   // Collect all of the blocks that this can be folded into so that we can
1169   // factor this once and clone it once.
1170   SmallVector<BasicBlock*, 8> BlocksToFoldInto;
1171   for (unsigned i = 0, e = XorOpValues.size(); i != e; ++i) {
1172     if (XorOpValues[i].first != SplitVal && XorOpValues[i].first != 0) continue;
1173
1174     BlocksToFoldInto.push_back(XorOpValues[i].second);
1175   }
1176   
1177   // Try to duplicate BB into PredBB.
1178   return DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BB, BlocksToFoldInto);
1179 }
1180
1181
1182 /// AddPHINodeEntriesForMappedBlock - We're adding 'NewPred' as a new
1183 /// predecessor to the PHIBB block.  If it has PHI nodes, add entries for
1184 /// NewPred using the entries from OldPred (suitably mapped).
1185 static void AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BasicBlock *PHIBB,
1186                                             BasicBlock *OldPred,
1187                                             BasicBlock *NewPred,
1188                                      DenseMap<Instruction*, Value*> &ValueMap) {
1189   for (BasicBlock::iterator PNI = PHIBB->begin();
1190        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(PNI); ++PNI) {
1191     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
1192     // DestBlock.
1193     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(OldPred);
1194     
1195     // Remap the value if necessary.
1196     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
1197       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMap.find(Inst);
1198       if (I != ValueMap.end())
1199         IV = I->second;
1200     }
1201     
1202     PN->addIncoming(IV, NewPred);
1203   }
1204 }
1205
1206 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to factor the
1207 /// blocks in PredBBs to one predecessor, then thread an edge from it to SuccBB
1208 /// across BB.  Transform the IR to reflect this change.
1209 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, 
1210                                const SmallVectorImpl<BasicBlock*> &PredBBs, 
1211                                BasicBlock *SuccBB) {
1212   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
1213   if (SuccBB == BB) {
1214     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
1215           << "' - would thread to self!\n");
1216     return false;
1217   }
1218   
1219   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
1220   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1221   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1222     DEBUG(dbgs() << "  Not threading across loop header BB '" << BB->getName()
1223           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
1224           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1225     return false;
1226   }
1227
1228   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1229   if (JumpThreadCost > Threshold) {
1230     DEBUG(dbgs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
1231           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
1232     return false;
1233   }
1234   
1235   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1236   BasicBlock *PredBB;
1237   if (PredBBs.size() == 1)
1238     PredBB = PredBBs[0];
1239   else {
1240     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1241           << " common predecessors.\n");
1242     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1243                                     ".thr_comm", this);
1244   }
1245   
1246   // And finally, do it!
1247   DEBUG(dbgs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
1248         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
1249         << ", across block:\n    "
1250         << *BB << "\n");
1251   
1252   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
1253   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
1254   // account for entry from PredBB.
1255   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1256   
1257   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), 
1258                                          BB->getName()+".thread", 
1259                                          BB->getParent(), BB);
1260   NewBB->moveAfter(PredBB);
1261   
1262   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1263   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1264     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1265   
1266   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
1267   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1268   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
1269     Instruction *New = BI->clone();
1270     New->setName(BI->getName());
1271     NewBB->getInstList().push_back(New);
1272     ValueMapping[BI] = New;
1273    
1274     // Remap operands to patch up intra-block references.
1275     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1276       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1277         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1278         if (I != ValueMapping.end())
1279           New->setOperand(i, I->second);
1280       }
1281   }
1282   
1283   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
1284   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
1285   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
1286   
1287   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
1288   // PHI nodes for NewBB now.
1289   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(SuccBB, BB, NewBB, ValueMapping);
1290   
1291   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1292   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1293   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1294   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1295   SSAUpdater SSAUpdate;
1296   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1297   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1298     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1299     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1300     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1301          ++UI) {
1302       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1303       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1304         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1305           continue;
1306       } else if (User->getParent() == BB)
1307         continue;
1308       
1309       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1310     }
1311     
1312     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1313     if (UsesToRename.empty())
1314       continue;
1315     
1316     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1317
1318     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1319     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1320     // with the two values we know.
1321     SSAUpdate.Initialize(I);
1322     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1323     SSAUpdate.AddAvailableValue(NewBB, ValueMapping[I]);
1324     
1325     while (!UsesToRename.empty())
1326       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1327     DEBUG(dbgs() << "\n");
1328   }
1329   
1330   
1331   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
1332   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
1333   // us to simplify any PHI nodes in BB.
1334   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
1335   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1336     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
1337       RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1338       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
1339     }
1340   
1341   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
1342   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
1343   // frequently happens because of phi translation.
1344   SimplifyInstructionsInBlock(NewBB, TD);
1345   
1346   // Threaded an edge!
1347   ++NumThreads;
1348   return true;
1349 }
1350
1351 /// DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred - PredBB contains an unconditional branch
1352 /// to BB which contains an i1 PHI node and a conditional branch on that PHI.
1353 /// If we can duplicate the contents of BB up into PredBB do so now, this
1354 /// improves the odds that the branch will be on an analyzable instruction like
1355 /// a compare.
1356 bool JumpThreading::DuplicateCondBranchOnPHIIntoPred(BasicBlock *BB,
1357                                  const SmallVectorImpl<BasicBlock *> &PredBBs) {
1358   assert(!PredBBs.empty() && "Can't handle an empty set");
1359
1360   // If BB is a loop header, then duplicating this block outside the loop would
1361   // cause us to transform this into an irreducible loop, don't do this.
1362   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
1363   if (LoopHeaders.count(BB)) {
1364     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating loop header '" << BB->getName()
1365           << "' into predecessor block '" << PredBBs[0]->getName()
1366           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
1367     return false;
1368   }
1369   
1370   unsigned DuplicationCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
1371   if (DuplicationCost > Threshold) {
1372     DEBUG(dbgs() << "  Not duplicating BB '" << BB->getName()
1373           << "' - Cost is too high: " << DuplicationCost << "\n");
1374     return false;
1375   }
1376   
1377   // And finally, do it!  Start by factoring the predecessors is needed.
1378   BasicBlock *PredBB;
1379   if (PredBBs.size() == 1)
1380     PredBB = PredBBs[0];
1381   else {
1382     DEBUG(dbgs() << "  Factoring out " << PredBBs.size()
1383           << " common predecessors.\n");
1384     PredBB = SplitBlockPredecessors(BB, &PredBBs[0], PredBBs.size(),
1385                                     ".thr_comm", this);
1386   }
1387   
1388   // Okay, we decided to do this!  Clone all the instructions in BB onto the end
1389   // of PredBB.
1390   DEBUG(dbgs() << "  Duplicating block '" << BB->getName() << "' into end of '"
1391         << PredBB->getName() << "' to eliminate branch on phi.  Cost: "
1392         << DuplicationCost << " block is:" << *BB << "\n");
1393   
1394   // Unless PredBB ends with an unconditional branch, split the edge so that we
1395   // can just clone the bits from BB into the end of the new PredBB.
1396   BranchInst *OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1397   
1398   if (!OldPredBranch->isUnconditional()) {
1399     PredBB = SplitEdge(PredBB, BB, this);
1400     OldPredBranch = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
1401   }
1402   
1403   // We are going to have to map operands from the original BB block into the
1404   // PredBB block.  Evaluate PHI nodes in BB.
1405   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
1406   
1407   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
1408   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
1409     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1410   
1411   // Clone the non-phi instructions of BB into PredBB, keeping track of the
1412   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
1413   for (; BI != BB->end(); ++BI) {
1414     Instruction *New = BI->clone();
1415     
1416     // Remap operands to patch up intra-block references.
1417     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
1418       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
1419         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
1420         if (I != ValueMapping.end())
1421           New->setOperand(i, I->second);
1422       }
1423
1424     // If this instruction can be simplified after the operands are updated,
1425     // just use the simplified value instead.  This frequently happens due to
1426     // phi translation.
1427     if (Value *IV = SimplifyInstruction(New, TD)) {
1428       delete New;
1429       ValueMapping[BI] = IV;
1430     } else {
1431       // Otherwise, insert the new instruction into the block.
1432       New->setName(BI->getName());
1433       PredBB->getInstList().insert(OldPredBranch, New);
1434       ValueMapping[BI] = New;
1435     }
1436   }
1437   
1438   // Check to see if the targets of the branch had PHI nodes. If so, we need to
1439   // add entries to the PHI nodes for branch from PredBB now.
1440   BranchInst *BBBranch = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1441   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(0), BB, PredBB,
1442                                   ValueMapping);
1443   AddPHINodeEntriesForMappedBlock(BBBranch->getSuccessor(1), BB, PredBB,
1444                                   ValueMapping);
1445   
1446   // If there were values defined in BB that are used outside the block, then we
1447   // now have to update all uses of the value to use either the original value,
1448   // the cloned value, or some PHI derived value.  This can require arbitrary
1449   // PHI insertion, of which we are prepared to do, clean these up now.
1450   SSAUpdater SSAUpdate;
1451   SmallVector<Use*, 16> UsesToRename;
1452   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
1453     // Scan all uses of this instruction to see if it is used outside of its
1454     // block, and if so, record them in UsesToRename.
1455     for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end(); UI != E;
1456          ++UI) {
1457       Instruction *User = cast<Instruction>(*UI);
1458       if (PHINode *UserPN = dyn_cast<PHINode>(User)) {
1459         if (UserPN->getIncomingBlock(UI) == BB)
1460           continue;
1461       } else if (User->getParent() == BB)
1462         continue;
1463       
1464       UsesToRename.push_back(&UI.getUse());
1465     }
1466     
1467     // If there are no uses outside the block, we're done with this instruction.
1468     if (UsesToRename.empty())
1469       continue;
1470     
1471     DEBUG(dbgs() << "JT: Renaming non-local uses of: " << *I << "\n");
1472     
1473     // We found a use of I outside of BB.  Rename all uses of I that are outside
1474     // its block to be uses of the appropriate PHI node etc.  See ValuesInBlocks
1475     // with the two values we know.
1476     SSAUpdate.Initialize(I);
1477     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, I);
1478     SSAUpdate.AddAvailableValue(PredBB, ValueMapping[I]);
1479     
1480     while (!UsesToRename.empty())
1481       SSAUpdate.RewriteUse(*UsesToRename.pop_back_val());
1482     DEBUG(dbgs() << "\n");
1483   }
1484   
1485   // PredBB no longer jumps to BB, remove entries in the PHI node for the edge
1486   // that we nuked.
1487   RemovePredecessorAndSimplify(BB, PredBB, TD);
1488   
1489   // Remove the unconditional branch at the end of the PredBB block.
1490   OldPredBranch->eraseFromParent();
1491   
1492   ++NumDupes;
1493   return true;
1494 }
1495
1496