Push LLVMContexts through the IntegerType APIs.
[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/ConstantFolding.h"
20 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
21 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
22 #include "llvm/Target/TargetData.h"
23 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
24 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
25 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
26 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
27 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
28 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
29 #include "llvm/Support/Compiler.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
32 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
33 using namespace llvm;
34
35 STATISTIC(NumThreads, "Number of jumps threaded");
36 STATISTIC(NumFolds,   "Number of terminators folded");
37
38 static cl::opt<unsigned>
39 Threshold("jump-threading-threshold", 
40           cl::desc("Max block size to duplicate for jump threading"),
41           cl::init(6), cl::Hidden);
42
43 namespace {
44   /// This pass performs 'jump threading', which looks at blocks that have
45   /// multiple predecessors and multiple successors.  If one or more of the
46   /// predecessors of the block can be proven to always jump to one of the
47   /// successors, we forward the edge from the predecessor to the successor by
48   /// duplicating the contents of this block.
49   ///
50   /// An example of when this can occur is code like this:
51   ///
52   ///   if () { ...
53   ///     X = 4;
54   ///   }
55   ///   if (X < 3) {
56   ///
57   /// In this case, the unconditional branch at the end of the first if can be
58   /// revectored to the false side of the second if.
59   ///
60   class VISIBILITY_HIDDEN JumpThreading : public FunctionPass {
61     TargetData *TD;
62 #ifdef NDEBUG
63     SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> LoopHeaders;
64 #else
65     SmallSet<AssertingVH<BasicBlock>, 16> LoopHeaders;
66 #endif
67   public:
68     static char ID; // Pass identification
69     JumpThreading() : FunctionPass(&ID) {}
70
71     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
72     }
73
74     bool runOnFunction(Function &F);
75     void FindLoopHeaders(Function &F);
76     
77     bool ProcessBlock(BasicBlock *BB);
78     bool ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, BasicBlock *SuccBB,
79                     unsigned JumpThreadCost);
80     BasicBlock *FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Value *Val);
81     bool ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
82     bool ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB, BasicBlock *DestBB);
83
84     bool ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN);
85     bool ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB, bool isAnd);
86     bool ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB);
87     
88     bool SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI);
89   };
90 }
91
92 char JumpThreading::ID = 0;
93 static RegisterPass<JumpThreading>
94 X("jump-threading", "Jump Threading");
95
96 // Public interface to the Jump Threading pass
97 FunctionPass *llvm::createJumpThreadingPass() { return new JumpThreading(); }
98
99 /// runOnFunction - Top level algorithm.
100 ///
101 bool JumpThreading::runOnFunction(Function &F) {
102   DEBUG(errs() << "Jump threading on function '" << F.getName() << "'\n");
103   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
104   
105   FindLoopHeaders(F);
106   
107   bool AnotherIteration = true, EverChanged = false;
108   while (AnotherIteration) {
109     AnotherIteration = false;
110     bool Changed = false;
111     for (Function::iterator I = F.begin(), E = F.end(); I != E;) {
112       BasicBlock *BB = I;
113       while (ProcessBlock(BB))
114         Changed = true;
115       
116       ++I;
117       
118       // If the block is trivially dead, zap it.  This eliminates the successor
119       // edges which simplifies the CFG.
120       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
121           BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
122         DEBUG(errs() << "  JT: Deleting dead block '" << BB->getName()
123               << "' with terminator: " << *BB->getTerminator());
124         LoopHeaders.erase(BB);
125         DeleteDeadBlock(BB);
126         Changed = true;
127       }
128     }
129     AnotherIteration = Changed;
130     EverChanged |= Changed;
131   }
132   
133   LoopHeaders.clear();
134   return EverChanged;
135 }
136
137 /// FindLoopHeaders - We do not want jump threading to turn proper loop
138 /// structures into irreducible loops.  Doing this breaks up the loop nesting
139 /// hierarchy and pessimizes later transformations.  To prevent this from
140 /// happening, we first have to find the loop headers.  Here we approximate this
141 /// by finding targets of backedges in the CFG.
142 ///
143 /// Note that there definitely are cases when we want to allow threading of
144 /// edges across a loop header.  For example, threading a jump from outside the
145 /// loop (the preheader) to an exit block of the loop is definitely profitable.
146 /// It is also almost always profitable to thread backedges from within the loop
147 /// to exit blocks, and is often profitable to thread backedges to other blocks
148 /// within the loop (forming a nested loop).  This simple analysis is not rich
149 /// enough to track all of these properties and keep it up-to-date as the CFG
150 /// mutates, so we don't allow any of these transformations.
151 ///
152 void JumpThreading::FindLoopHeaders(Function &F) {
153   SmallVector<std::pair<const BasicBlock*,const BasicBlock*>, 32> Edges;
154   FindFunctionBackedges(F, Edges);
155   
156   for (unsigned i = 0, e = Edges.size(); i != e; ++i)
157     LoopHeaders.insert(const_cast<BasicBlock*>(Edges[i].second));
158 }
159
160
161 /// FactorCommonPHIPreds - If there are multiple preds with the same incoming
162 /// value for the PHI, factor them together so we get one block to thread for
163 /// the whole group.
164 /// This is important for things like "phi i1 [true, true, false, true, x]"
165 /// where we only need to clone the block for the true blocks once.
166 ///
167 BasicBlock *JumpThreading::FactorCommonPHIPreds(PHINode *PN, Value *Val) {
168   SmallVector<BasicBlock*, 16> CommonPreds;
169   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
170     if (PN->getIncomingValue(i) == Val)
171       CommonPreds.push_back(PN->getIncomingBlock(i));
172   
173   if (CommonPreds.size() == 1)
174     return CommonPreds[0];
175     
176   DEBUG(errs() << "  Factoring out " << CommonPreds.size()
177         << " common predecessors.\n");
178   return SplitBlockPredecessors(PN->getParent(),
179                                 &CommonPreds[0], CommonPreds.size(),
180                                 ".thr_comm", this);
181 }
182   
183
184 /// getJumpThreadDuplicationCost - Return the cost of duplicating this block to
185 /// thread across it.
186 static unsigned getJumpThreadDuplicationCost(const BasicBlock *BB) {
187   /// Ignore PHI nodes, these will be flattened when duplication happens.
188   BasicBlock::const_iterator I = BB->getFirstNonPHI();
189
190   // Sum up the cost of each instruction until we get to the terminator.  Don't
191   // include the terminator because the copy won't include it.
192   unsigned Size = 0;
193   for (; !isa<TerminatorInst>(I); ++I) {
194     // Debugger intrinsics don't incur code size.
195     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) continue;
196     
197     // If this is a pointer->pointer bitcast, it is free.
198     if (isa<BitCastInst>(I) && isa<PointerType>(I->getType()))
199       continue;
200     
201     // All other instructions count for at least one unit.
202     ++Size;
203     
204     // Calls are more expensive.  If they are non-intrinsic calls, we model them
205     // as having cost of 4.  If they are a non-vector intrinsic, we model them
206     // as having cost of 2 total, and if they are a vector intrinsic, we model
207     // them as having cost 1.
208     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
209       if (!isa<IntrinsicInst>(CI))
210         Size += 3;
211       else if (!isa<VectorType>(CI->getType()))
212         Size += 1;
213     }
214   }
215   
216   // Threading through a switch statement is particularly profitable.  If this
217   // block ends in a switch, decrease its cost to make it more likely to happen.
218   if (isa<SwitchInst>(I))
219     Size = Size > 6 ? Size-6 : 0;
220   
221   return Size;
222 }
223
224 /// ProcessBlock - If there are any predecessors whose control can be threaded
225 /// through to a successor, transform them now.
226 bool JumpThreading::ProcessBlock(BasicBlock *BB) {
227   // If this block has a single predecessor, and if that pred has a single
228   // successor, merge the blocks.  This encourages recursive jump threading
229   // because now the condition in this block can be threaded through
230   // predecessors of our predecessor block.
231   if (BasicBlock *SinglePred = BB->getSinglePredecessor())
232     if (SinglePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
233         SinglePred != BB) {
234       // If SinglePred was a loop header, BB becomes one.
235       if (LoopHeaders.erase(SinglePred))
236         LoopHeaders.insert(BB);
237       
238       // Remember if SinglePred was the entry block of the function.  If so, we
239       // will need to move BB back to the entry position.
240       bool isEntry = SinglePred == &SinglePred->getParent()->getEntryBlock();
241       MergeBasicBlockIntoOnlyPred(BB);
242       
243       if (isEntry && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock())
244         BB->moveBefore(&BB->getParent()->getEntryBlock());
245       return true;
246     }
247   
248   // See if this block ends with a branch or switch.  If so, see if the
249   // condition is a phi node.  If so, and if an entry of the phi node is a
250   // constant, we can thread the block.
251   Value *Condition;
252   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
253     // Can't thread an unconditional jump.
254     if (BI->isUnconditional()) return false;
255     Condition = BI->getCondition();
256   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator()))
257     Condition = SI->getCondition();
258   else
259     return false; // Must be an invoke.
260   
261   // If the terminator of this block is branching on a constant, simplify the
262   // terminator to an unconditional branch.  This can occur due to threading in
263   // other blocks.
264   if (isa<ConstantInt>(Condition)) {
265     DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
266           << "' folding terminator: " << *BB->getTerminator());
267     ++NumFolds;
268     ConstantFoldTerminator(BB);
269     return true;
270   }
271   
272   // If the terminator is branching on an undef, we can pick any of the
273   // successors to branch to.  Since this is arbitrary, we pick the successor
274   // with the fewest predecessors.  This should reduce the in-degree of the
275   // others.
276   if (isa<UndefValue>(Condition)) {
277     TerminatorInst *BBTerm = BB->getTerminator();
278     unsigned MinSucc = 0;
279     BasicBlock *TestBB = BBTerm->getSuccessor(MinSucc);
280     // Compute the successor with the minimum number of predecessors.
281     unsigned MinNumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
282     for (unsigned i = 1, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
283       TestBB = BBTerm->getSuccessor(i);
284       unsigned NumPreds = std::distance(pred_begin(TestBB), pred_end(TestBB));
285       if (NumPreds < MinNumPreds)
286         MinSucc = i;
287     }
288     
289     // Fold the branch/switch.
290     for (unsigned i = 0, e = BBTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
291       if (i == MinSucc) continue;
292       BBTerm->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
293     }
294     
295     DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
296           << "' folding undef terminator: " << *BBTerm);
297     BranchInst::Create(BBTerm->getSuccessor(MinSucc), BBTerm);
298     BBTerm->eraseFromParent();
299     return true;
300   }
301   
302   Instruction *CondInst = dyn_cast<Instruction>(Condition);
303
304   // If the condition is an instruction defined in another block, see if a
305   // predecessor has the same condition:
306   //     br COND, BBX, BBY
307   //  BBX:
308   //     br COND, BBZ, BBW
309   if (!Condition->hasOneUse() && // Multiple uses.
310       (CondInst == 0 || CondInst->getParent() != BB)) { // Non-local definition.
311     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
312     if (isa<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
313       for (; PI != E; ++PI)
314         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
315           if (PBI->isConditional() && PBI->getCondition() == Condition &&
316               ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
317             return true;
318     } else {
319       assert(isa<SwitchInst>(BB->getTerminator()) && "Unknown jump terminator");
320       for (; PI != E; ++PI)
321         if (SwitchInst *PSI = dyn_cast<SwitchInst>((*PI)->getTerminator()))
322           if (PSI->getCondition() == Condition &&
323               ProcessSwitchOnDuplicateCond(*PI, BB))
324             return true;
325     }
326   }
327
328   // All the rest of our checks depend on the condition being an instruction.
329   if (CondInst == 0)
330     return false;
331   
332   // See if this is a phi node in the current block.
333   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(CondInst))
334     if (PN->getParent() == BB)
335       return ProcessJumpOnPHI(PN);
336   
337   // If this is a conditional branch whose condition is and/or of a phi, try to
338   // simplify it.
339   if ((CondInst->getOpcode() == Instruction::And || 
340        CondInst->getOpcode() == Instruction::Or) &&
341       isa<BranchInst>(BB->getTerminator()) &&
342       ProcessBranchOnLogical(CondInst, BB,
343                              CondInst->getOpcode() == Instruction::And))
344     return true;
345   
346   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(CondInst)) {
347     if (isa<PHINode>(CondCmp->getOperand(0))) {
348       // If we have "br (phi != 42)" and the phi node has any constant values
349       // as operands, we can thread through this block.
350       // 
351       // If we have "br (cmp phi, x)" and the phi node contains x such that the
352       // comparison uniquely identifies the branch target, we can thread
353       // through this block.
354
355       if (ProcessBranchOnCompare(CondCmp, BB))
356         return true;      
357     }
358     
359     // If we have a comparison, loop over the predecessors to see if there is
360     // a condition with the same value.
361     pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB);
362     for (; PI != E; ++PI)
363       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
364         if (PBI->isConditional() && *PI != BB) {
365           if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(PBI->getCondition())) {
366             if (CI->getOperand(0) == CondCmp->getOperand(0) &&
367                 CI->getOperand(1) == CondCmp->getOperand(1) &&
368                 CI->getPredicate() == CondCmp->getPredicate()) {
369               // TODO: Could handle things like (x != 4) --> (x == 17)
370               if (ProcessBranchOnDuplicateCond(*PI, BB))
371                 return true;
372             }
373           }
374         }
375   }
376
377   // Check for some cases that are worth simplifying.  Right now we want to look
378   // for loads that are used by a switch or by the condition for the branch.  If
379   // we see one, check to see if it's partially redundant.  If so, insert a PHI
380   // which can then be used to thread the values.
381   //
382   // This is particularly important because reg2mem inserts loads and stores all
383   // over the place, and this blocks jump threading if we don't zap them.
384   Value *SimplifyValue = CondInst;
385   if (CmpInst *CondCmp = dyn_cast<CmpInst>(SimplifyValue))
386     if (isa<Constant>(CondCmp->getOperand(1)))
387       SimplifyValue = CondCmp->getOperand(0);
388   
389   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SimplifyValue))
390     if (SimplifyPartiallyRedundantLoad(LI))
391       return true;
392   
393   // TODO: If we have: "br (X > 0)"  and we have a predecessor where we know
394   // "(X == 4)" thread through this block.
395   
396   return false;
397 }
398
399 /// ProcessBranchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
400 /// block that jump on exactly the same condition.  This means that we almost
401 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
402 ///  PREDBB:
403 ///     br COND, DESTBB, BBY
404 ///  DESTBB:
405 ///     br COND, BBZ, BBW
406 ///
407 /// If DESTBB has multiple predecessors, we can't just constant fold the branch
408 /// in DESTBB, we have to thread over it.
409 bool JumpThreading::ProcessBranchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
410                                                  BasicBlock *BB) {
411   BranchInst *PredBI = cast<BranchInst>(PredBB->getTerminator());
412   
413   // If both successors of PredBB go to DESTBB, we don't know anything.  We can
414   // fold the branch to an unconditional one, which allows other recursive
415   // simplifications.
416   bool BranchDir;
417   if (PredBI->getSuccessor(1) != BB)
418     BranchDir = true;
419   else if (PredBI->getSuccessor(0) != BB)
420     BranchDir = false;
421   else {
422     DEBUG(errs() << "  In block '" << PredBB->getName()
423           << "' folding terminator: " << *PredBB->getTerminator());
424     ++NumFolds;
425     ConstantFoldTerminator(PredBB);
426     return true;
427   }
428    
429   BranchInst *DestBI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
430
431   // If the dest block has one predecessor, just fix the branch condition to a
432   // constant and fold it.
433   if (BB->getSinglePredecessor()) {
434     DEBUG(errs() << "  In block '" << BB->getName()
435           << "' folding condition to '" << BranchDir << "': "
436           << *BB->getTerminator());
437     ++NumFolds;
438     DestBI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
439                                           BranchDir));
440     ConstantFoldTerminator(BB);
441     return true;
442   }
443   
444   // Otherwise we need to thread from PredBB to DestBB's successor which
445   // involves code duplication.  Check to see if it is worth it.
446   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
447   if (JumpThreadCost > Threshold) {
448     DEBUG(errs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
449           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
450     return false;
451   }
452   
453   // Next, figure out which successor we are threading to.
454   BasicBlock *SuccBB = DestBI->getSuccessor(!BranchDir);
455   
456   // Ok, try to thread it!
457   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
458 }
459
460 /// ProcessSwitchOnDuplicateCond - We found a block and a predecessor of that
461 /// block that switch on exactly the same condition.  This means that we almost
462 /// always know the direction of the edge in the DESTBB:
463 ///  PREDBB:
464 ///     switch COND [... DESTBB, BBY ... ]
465 ///  DESTBB:
466 ///     switch COND [... BBZ, BBW ]
467 ///
468 /// Optimizing switches like this is very important, because simplifycfg builds
469 /// switches out of repeated 'if' conditions.
470 bool JumpThreading::ProcessSwitchOnDuplicateCond(BasicBlock *PredBB,
471                                                  BasicBlock *DestBB) {
472   // Can't thread edge to self.
473   if (PredBB == DestBB)
474     return false;
475   
476   
477   SwitchInst *PredSI = cast<SwitchInst>(PredBB->getTerminator());
478   SwitchInst *DestSI = cast<SwitchInst>(DestBB->getTerminator());
479
480   // There are a variety of optimizations that we can potentially do on these
481   // blocks: we order them from most to least preferable.
482   
483   // If DESTBB *just* contains the switch, then we can forward edges from PREDBB
484   // directly to their destination.  This does not introduce *any* code size
485   // growth.  Skip debug info first.
486   BasicBlock::iterator BBI = DestBB->begin();
487   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
488     BBI++;
489   
490   // FIXME: Thread if it just contains a PHI.
491   if (isa<SwitchInst>(BBI)) {
492     bool MadeChange = false;
493     // Ignore the default edge for now.
494     for (unsigned i = 1, e = DestSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
495       ConstantInt *DestVal = DestSI->getCaseValue(i);
496       BasicBlock *DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
497       
498       // Okay, DestSI has a case for 'DestVal' that goes to 'DestSucc'.  See if
499       // PredSI has an explicit case for it.  If so, forward.  If it is covered
500       // by the default case, we can't update PredSI.
501       unsigned PredCase = PredSI->findCaseValue(DestVal);
502       if (PredCase == 0) continue;
503       
504       // If PredSI doesn't go to DestBB on this value, then it won't reach the
505       // case on this condition.
506       if (PredSI->getSuccessor(PredCase) != DestBB &&
507           DestSI->getSuccessor(i) != DestBB)
508         continue;
509
510       // Otherwise, we're safe to make the change.  Make sure that the edge from
511       // DestSI to DestSucc is not critical and has no PHI nodes.
512       DEBUG(errs() << "FORWARDING EDGE " << *DestVal << "   FROM: " << *PredSI);
513       DEBUG(errs() << "THROUGH: " << *DestSI);
514
515       // If the destination has PHI nodes, just split the edge for updating
516       // simplicity.
517       if (isa<PHINode>(DestSucc->begin()) && !DestSucc->getSinglePredecessor()){
518         SplitCriticalEdge(DestSI, i, this);
519         DestSucc = DestSI->getSuccessor(i);
520       }
521       FoldSingleEntryPHINodes(DestSucc);
522       PredSI->setSuccessor(PredCase, DestSucc);
523       MadeChange = true;
524     }
525     
526     if (MadeChange)
527       return true;
528   }
529   
530   return false;
531 }
532
533
534 /// SimplifyPartiallyRedundantLoad - If LI is an obviously partially redundant
535 /// load instruction, eliminate it by replacing it with a PHI node.  This is an
536 /// important optimization that encourages jump threading, and needs to be run
537 /// interlaced with other jump threading tasks.
538 bool JumpThreading::SimplifyPartiallyRedundantLoad(LoadInst *LI) {
539   // Don't hack volatile loads.
540   if (LI->isVolatile()) return false;
541   
542   // If the load is defined in a block with exactly one predecessor, it can't be
543   // partially redundant.
544   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
545   if (LoadBB->getSinglePredecessor())
546     return false;
547   
548   Value *LoadedPtr = LI->getOperand(0);
549
550   // If the loaded operand is defined in the LoadBB, it can't be available.
551   // FIXME: Could do PHI translation, that would be fun :)
552   if (Instruction *PtrOp = dyn_cast<Instruction>(LoadedPtr))
553     if (PtrOp->getParent() == LoadBB)
554       return false;
555   
556   // Scan a few instructions up from the load, to see if it is obviously live at
557   // the entry to its block.
558   BasicBlock::iterator BBIt = LI;
559
560   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, LoadBB, 
561                                                      BBIt, 6)) {
562     // If the value if the load is locally available within the block, just use
563     // it.  This frequently occurs for reg2mem'd allocas.
564     //cerr << "LOAD ELIMINATED:\n" << *BBIt << *LI << "\n";
565     
566     // If the returned value is the load itself, replace with an undef. This can
567     // only happen in dead loops.
568     if (AvailableVal == LI) AvailableVal = UndefValue::get(LI->getType());
569     LI->replaceAllUsesWith(AvailableVal);
570     LI->eraseFromParent();
571     return true;
572   }
573
574   // Otherwise, if we scanned the whole block and got to the top of the block,
575   // we know the block is locally transparent to the load.  If not, something
576   // might clobber its value.
577   if (BBIt != LoadBB->begin())
578     return false;
579   
580   
581   SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> PredsScanned;
582   typedef SmallVector<std::pair<BasicBlock*, Value*>, 8> AvailablePredsTy;
583   AvailablePredsTy AvailablePreds;
584   BasicBlock *OneUnavailablePred = 0;
585   
586   // If we got here, the loaded value is transparent through to the start of the
587   // block.  Check to see if it is available in any of the predecessor blocks.
588   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
589        PI != PE; ++PI) {
590     BasicBlock *PredBB = *PI;
591
592     // If we already scanned this predecessor, skip it.
593     if (!PredsScanned.insert(PredBB))
594       continue;
595
596     // Scan the predecessor to see if the value is available in the pred.
597     BBIt = PredBB->end();
598     Value *PredAvailable = FindAvailableLoadedValue(LoadedPtr, PredBB, BBIt, 6);
599     if (!PredAvailable) {
600       OneUnavailablePred = PredBB;
601       continue;
602     }
603     
604     // If so, this load is partially redundant.  Remember this info so that we
605     // can create a PHI node.
606     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(PredBB, PredAvailable));
607   }
608   
609   // If the loaded value isn't available in any predecessor, it isn't partially
610   // redundant.
611   if (AvailablePreds.empty()) return false;
612   
613   // Okay, the loaded value is available in at least one (and maybe all!)
614   // predecessors.  If the value is unavailable in more than one unique
615   // predecessor, we want to insert a merge block for those common predecessors.
616   // This ensures that we only have to insert one reload, thus not increasing
617   // code size.
618   BasicBlock *UnavailablePred = 0;
619   
620   // If there is exactly one predecessor where the value is unavailable, the
621   // already computed 'OneUnavailablePred' block is it.  If it ends in an
622   // unconditional branch, we know that it isn't a critical edge.
623   if (PredsScanned.size() == AvailablePreds.size()+1 &&
624       OneUnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1) {
625     UnavailablePred = OneUnavailablePred;
626   } else if (PredsScanned.size() != AvailablePreds.size()) {
627     // Otherwise, we had multiple unavailable predecessors or we had a critical
628     // edge from the one.
629     SmallVector<BasicBlock*, 8> PredsToSplit;
630     SmallPtrSet<BasicBlock*, 8> AvailablePredSet;
631
632     for (unsigned i = 0, e = AvailablePreds.size(); i != e; ++i)
633       AvailablePredSet.insert(AvailablePreds[i].first);
634
635     // Add all the unavailable predecessors to the PredsToSplit list.
636     for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), PE = pred_end(LoadBB);
637          PI != PE; ++PI)
638       if (!AvailablePredSet.count(*PI))
639         PredsToSplit.push_back(*PI);
640     
641     // Split them out to their own block.
642     UnavailablePred =
643       SplitBlockPredecessors(LoadBB, &PredsToSplit[0], PredsToSplit.size(),
644                              "thread-split", this);
645   }
646   
647   // If the value isn't available in all predecessors, then there will be
648   // exactly one where it isn't available.  Insert a load on that edge and add
649   // it to the AvailablePreds list.
650   if (UnavailablePred) {
651     assert(UnavailablePred->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
652            "Can't handle critical edge here!");
653     Value *NewVal = new LoadInst(LoadedPtr, LI->getName()+".pr",
654                                  UnavailablePred->getTerminator());
655     AvailablePreds.push_back(std::make_pair(UnavailablePred, NewVal));
656   }
657   
658   // Now we know that each predecessor of this block has a value in
659   // AvailablePreds, sort them for efficient access as we're walking the preds.
660   array_pod_sort(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end());
661   
662   // Create a PHI node at the start of the block for the PRE'd load value.
663   PHINode *PN = PHINode::Create(LI->getType(), "", LoadBB->begin());
664   PN->takeName(LI);
665   
666   // Insert new entries into the PHI for each predecessor.  A single block may
667   // have multiple entries here.
668   for (pred_iterator PI = pred_begin(LoadBB), E = pred_end(LoadBB); PI != E;
669        ++PI) {
670     AvailablePredsTy::iterator I = 
671       std::lower_bound(AvailablePreds.begin(), AvailablePreds.end(),
672                        std::make_pair(*PI, (Value*)0));
673     
674     assert(I != AvailablePreds.end() && I->first == *PI &&
675            "Didn't find entry for predecessor!");
676     
677     PN->addIncoming(I->second, I->first);
678   }
679   
680   //cerr << "PRE: " << *LI << *PN << "\n";
681   
682   LI->replaceAllUsesWith(PN);
683   LI->eraseFromParent();
684   
685   return true;
686 }
687
688
689 /// ProcessJumpOnPHI - We have a conditional branch of switch on a PHI node in
690 /// the current block.  See if there are any simplifications we can do based on
691 /// inputs to the phi node.
692 /// 
693 bool JumpThreading::ProcessJumpOnPHI(PHINode *PN) {
694   // See if the phi node has any constant values.  If so, we can determine where
695   // the corresponding predecessor will branch.
696   ConstantInt *PredCst = 0;
697   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
698     if ((PredCst = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i))))
699       break;
700   
701   // If no incoming value has a constant, we don't know the destination of any
702   // predecessors.
703   if (PredCst == 0)
704     return false;
705   
706   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
707   BasicBlock *BB = PN->getParent();
708   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
709   if (JumpThreadCost > Threshold) {
710     DEBUG(errs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
711           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
712     return false;
713   }
714   
715   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
716   // that will act the same.
717   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
718   
719   // Next, figure out which successor we are threading to.
720   BasicBlock *SuccBB;
721   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator()))
722     SuccBB = BI->getSuccessor(PredCst ==
723                                    ConstantInt::getFalse(PredBB->getContext()));
724   else {
725     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(BB->getTerminator());
726     SuccBB = SI->getSuccessor(SI->findCaseValue(PredCst));
727   }
728   
729   // Ok, try to thread it!
730   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
731 }
732
733 /// ProcessJumpOnLogicalPHI - PN's basic block contains a conditional branch
734 /// whose condition is an AND/OR where one side is PN.  If PN has constant
735 /// operands that permit us to evaluate the condition for some operand, thread
736 /// through the block.  For example with:
737 ///   br (and X, phi(Y, Z, false))
738 /// the predecessor corresponding to the 'false' will always jump to the false
739 /// destination of the branch.
740 ///
741 bool JumpThreading::ProcessBranchOnLogical(Value *V, BasicBlock *BB,
742                                            bool isAnd) {
743   // If this is a binary operator tree of the same AND/OR opcode, check the
744   // LHS/RHS.
745   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(V))
746     if ((isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::And) ||
747         (!isAnd && BO->getOpcode() == Instruction::Or)) {
748       if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(0), BB, isAnd))
749         return true;
750       if (ProcessBranchOnLogical(BO->getOperand(1), BB, isAnd))
751         return true;
752     }
753       
754   // If this isn't a PHI node, we can't handle it.
755   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V);
756   if (!PN || PN->getParent() != BB) return false;
757                                              
758   // We can only do the simplification for phi nodes of 'false' with AND or
759   // 'true' with OR.  See if we have any entries in the phi for this.
760   unsigned PredNo = ~0U;
761   ConstantInt *PredCst = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
762                                           !isAnd);
763   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
764     if (PN->getIncomingValue(i) == PredCst) {
765       PredNo = i;
766       break;
767     }
768   }
769   
770   // If no match, bail out.
771   if (PredNo == ~0U)
772     return false;
773   
774   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
775   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
776   if (JumpThreadCost > Threshold) {
777     DEBUG(errs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
778           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
779     return false;
780   }
781
782   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
783   // that will act the same.
784   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredCst);
785   
786   // Next, figure out which successor we are threading to.  If this was an AND,
787   // the constant must be FALSE, and we must be targeting the 'false' block.
788   // If this is an OR, the constant must be TRUE, and we must be targeting the
789   // 'true' block.
790   BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(isAnd);
791   
792   // Ok, try to thread it!
793   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
794 }
795
796 /// GetResultOfComparison - Given an icmp/fcmp predicate and the left and right
797 /// hand sides of the compare instruction, try to determine the result. If the
798 /// result can not be determined, a null pointer is returned.
799 static Constant *GetResultOfComparison(CmpInst::Predicate pred,
800                                        Value *LHS, Value *RHS,
801                                        LLVMContext &Context) {
802   if (Constant *CLHS = dyn_cast<Constant>(LHS))
803     if (Constant *CRHS = dyn_cast<Constant>(RHS))
804       return ConstantExpr::getCompare(pred, CLHS, CRHS);
805
806   if (LHS == RHS)
807     if (isa<IntegerType>(LHS->getType()) || isa<PointerType>(LHS->getType()))
808       return ICmpInst::isTrueWhenEqual(pred) ? 
809                  ConstantInt::getTrue(Context) : ConstantInt::getFalse(Context);
810
811   return 0;
812 }
813
814 /// ProcessBranchOnCompare - We found a branch on a comparison between a phi
815 /// node and a value.  If we can identify when the comparison is true between
816 /// the phi inputs and the value, we can fold the compare for that edge and
817 /// thread through it.
818 bool JumpThreading::ProcessBranchOnCompare(CmpInst *Cmp, BasicBlock *BB) {
819   PHINode *PN = cast<PHINode>(Cmp->getOperand(0));
820   Value *RHS = Cmp->getOperand(1);
821   
822   // If the phi isn't in the current block, an incoming edge to this block
823   // doesn't control the destination.
824   if (PN->getParent() != BB)
825     return false;
826   
827   // We can do this simplification if any comparisons fold to true or false.
828   // See if any do.
829   Value *PredVal = 0;
830   bool TrueDirection = false;
831   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
832     PredVal = PN->getIncomingValue(i);
833     
834     Constant *Res = GetResultOfComparison(Cmp->getPredicate(), PredVal,
835                                           RHS, Cmp->getContext());
836     if (!Res) {
837       PredVal = 0;
838       continue;
839     }
840     
841     // If this folded to a constant expr, we can't do anything.
842     if (ConstantInt *ResC = dyn_cast<ConstantInt>(Res)) {
843       TrueDirection = ResC->getZExtValue();
844       break;
845     }
846     // If this folded to undef, just go the false way.
847     if (isa<UndefValue>(Res)) {
848       TrueDirection = false;
849       break;
850     }
851     
852     // Otherwise, we can't fold this input.
853     PredVal = 0;
854   }
855   
856   // If no match, bail out.
857   if (PredVal == 0)
858     return false;
859   
860   // See if the cost of duplicating this block is low enough.
861   unsigned JumpThreadCost = getJumpThreadDuplicationCost(BB);
862   if (JumpThreadCost > Threshold) {
863     DEBUG(errs() << "  Not threading BB '" << BB->getName()
864           << "' - Cost is too high: " << JumpThreadCost << "\n");
865     return false;
866   }
867   
868   // If so, we can actually do this threading.  Merge any common predecessors
869   // that will act the same.
870   BasicBlock *PredBB = FactorCommonPHIPreds(PN, PredVal);
871   
872   // Next, get our successor.
873   BasicBlock *SuccBB = BB->getTerminator()->getSuccessor(!TrueDirection);
874   
875   // Ok, try to thread it!
876   return ThreadEdge(BB, PredBB, SuccBB, JumpThreadCost);
877 }
878
879
880 /// ThreadEdge - We have decided that it is safe and profitable to thread an
881 /// edge from PredBB to SuccBB across BB.  Transform the IR to reflect this
882 /// change.
883 bool JumpThreading::ThreadEdge(BasicBlock *BB, BasicBlock *PredBB, 
884                                BasicBlock *SuccBB, unsigned JumpThreadCost) {
885
886   // If threading to the same block as we come from, we would infinite loop.
887   if (SuccBB == BB) {
888     DEBUG(errs() << "  Not threading across BB '" << BB->getName()
889           << "' - would thread to self!\n");
890     return false;
891   }
892   
893   // If threading this would thread across a loop header, don't thread the edge.
894   // See the comments above FindLoopHeaders for justifications and caveats.
895   if (LoopHeaders.count(BB)) {
896     DEBUG(errs() << "  Not threading from '" << PredBB->getName()
897           << "' across loop header BB '" << BB->getName()
898           << "' to dest BB '" << SuccBB->getName()
899           << "' - it might create an irreducible loop!\n");
900     return false;
901   }
902
903   // And finally, do it!
904   DEBUG(errs() << "  Threading edge from '" << PredBB->getName() << "' to '"
905         << SuccBB->getName() << "' with cost: " << JumpThreadCost
906         << ", across block:\n    "
907         << *BB << "\n");
908   
909   // Jump Threading can not update SSA properties correctly if the values
910   // defined in the duplicated block are used outside of the block itself.  For
911   // this reason, we spill all values that are used outside of BB to the stack.
912   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I) {
913     if (!I->isUsedOutsideOfBlock(BB))
914       continue;
915     
916     // We found a use of I outside of BB.  Create a new stack slot to
917     // break this inter-block usage pattern.
918     DemoteRegToStack(*I);
919   }
920  
921   // We are going to have to map operands from the original BB block to the new
922   // copy of the block 'NewBB'.  If there are PHI nodes in BB, evaluate them to
923   // account for entry from PredBB.
924   DenseMap<Instruction*, Value*> ValueMapping;
925   
926   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), 
927                                          BB->getName()+".thread", 
928                                          BB->getParent(), BB);
929   NewBB->moveAfter(PredBB);
930   
931   BasicBlock::iterator BI = BB->begin();
932   for (; PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI); ++BI)
933     ValueMapping[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
934   
935   // Clone the non-phi instructions of BB into NewBB, keeping track of the
936   // mapping and using it to remap operands in the cloned instructions.
937   for (; !isa<TerminatorInst>(BI); ++BI) {
938     Instruction *New = BI->clone(BI->getContext());
939     New->setName(BI->getName());
940     NewBB->getInstList().push_back(New);
941     ValueMapping[BI] = New;
942    
943     // Remap operands to patch up intra-block references.
944     for (unsigned i = 0, e = New->getNumOperands(); i != e; ++i)
945       if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(New->getOperand(i))) {
946         DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
947         if (I != ValueMapping.end())
948           New->setOperand(i, I->second);
949       }
950   }
951   
952   // We didn't copy the terminator from BB over to NewBB, because there is now
953   // an unconditional jump to SuccBB.  Insert the unconditional jump.
954   BranchInst::Create(SuccBB, NewBB);
955   
956   // Check to see if SuccBB has PHI nodes. If so, we need to add entries to the
957   // PHI nodes for NewBB now.
958   for (BasicBlock::iterator PNI = SuccBB->begin(); isa<PHINode>(PNI); ++PNI) {
959     PHINode *PN = cast<PHINode>(PNI);
960     // Ok, we have a PHI node.  Figure out what the incoming value was for the
961     // DestBlock.
962     Value *IV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
963     
964     // Remap the value if necessary.
965     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(IV)) {
966       DenseMap<Instruction*, Value*>::iterator I = ValueMapping.find(Inst);
967       if (I != ValueMapping.end())
968         IV = I->second;
969     }
970     PN->addIncoming(IV, NewBB);
971   }
972   
973   // Ok, NewBB is good to go.  Update the terminator of PredBB to jump to
974   // NewBB instead of BB.  This eliminates predecessors from BB, which requires
975   // us to simplify any PHI nodes in BB.
976   TerminatorInst *PredTerm = PredBB->getTerminator();
977   for (unsigned i = 0, e = PredTerm->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
978     if (PredTerm->getSuccessor(i) == BB) {
979       BB->removePredecessor(PredBB);
980       PredTerm->setSuccessor(i, NewBB);
981     }
982   
983   // At this point, the IR is fully up to date and consistent.  Do a quick scan
984   // over the new instructions and zap any that are constants or dead.  This
985   // frequently happens because of phi translation.
986   BI = NewBB->begin();
987   for (BasicBlock::iterator E = NewBB->end(); BI != E; ) {
988     Instruction *Inst = BI++;
989     if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(Inst, BB->getContext(), TD)) {
990       Inst->replaceAllUsesWith(C);
991       Inst->eraseFromParent();
992       continue;
993     }
994     
995     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Inst);
996   }
997   
998   // Threaded an edge!
999   ++NumThreads;
1000   return true;
1001 }