767ea1d30eea832ea50827e7d18e3d9e674a0f62
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / LoopUnswitch.cpp
1 //===-- LoopUnswitch.cpp - Hoist loop-invariant conditionals in loop ------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass transforms loops that contain branches on loop-invariant conditions
11 // to have multiple loops.  For example, it turns the left into the right code:
12 //
13 //  for (...)                  if (lic)
14 //    A                          for (...)
15 //    if (lic)                     A; B; C
16 //      B                      else
17 //    C                          for (...)
18 //                                 A; C
19 //
20 // This can increase the size of the code exponentially (doubling it every time
21 // a loop is unswitched) so we only unswitch if the resultant code will be
22 // smaller than a threshold.
23 //
24 // This pass expects LICM to be run before it to hoist invariant conditions out
25 // of the loop, to make the unswitching opportunity obvious.
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 #define DEBUG_TYPE "loop-unswitch"
30 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
31 #include "llvm/Constants.h"
32 #include "llvm/DerivedTypes.h"
33 #include "llvm/Function.h"
34 #include "llvm/Instructions.h"
35 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
36 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
37 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
38 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
39 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
42 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
43 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
44 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
45 #include "llvm/Support/Compiler.h"
46 #include "llvm/Support/Debug.h"
47 #include <algorithm>
48 #include <set>
49 using namespace llvm;
50
51 STATISTIC(NumBranches, "Number of branches unswitched");
52 STATISTIC(NumSwitches, "Number of switches unswitched");
53 STATISTIC(NumSelects , "Number of selects unswitched");
54 STATISTIC(NumTrivial , "Number of unswitches that are trivial");
55 STATISTIC(NumSimplify, "Number of simplifications of unswitched code");
56
57 static cl::opt<unsigned>
58 Threshold("loop-unswitch-threshold", cl::desc("Max loop size to unswitch"),
59           cl::init(10), cl::Hidden);
60   
61 namespace {
62   class VISIBILITY_HIDDEN LoopUnswitch : public LoopPass {
63     LoopInfo *LI;  // Loop information
64     LPPassManager *LPM;
65
66     // LoopProcessWorklist - Used to check if second loop needs processing
67     // after RewriteLoopBodyWithConditionConstant rewrites first loop.
68     std::vector<Loop*> LoopProcessWorklist;
69     SmallPtrSet<Value *,8> UnswitchedVals;
70     
71     bool OptimizeForSize;
72     bool redoLoop;
73
74     DominanceFrontier *DF;
75     DominatorTree *DT;
76     
77     /// LoopDF - Loop's dominance frontier. This set is a collection of 
78     /// loop exiting blocks' DF member blocks. However this does set does not
79     /// includes basic blocks that are inside loop.
80     SmallPtrSet<BasicBlock *, 8> LoopDF;
81
82     /// OrigLoopExitMap - This is used to map loop exiting block with 
83     /// corresponding loop exit block, before updating CFG.
84     DenseMap<BasicBlock *, BasicBlock *> OrigLoopExitMap;
85   public:
86     static char ID; // Pass ID, replacement for typeid
87     explicit LoopUnswitch(bool Os = false) : 
88       LoopPass((intptr_t)&ID), OptimizeForSize(Os), redoLoop(false) {}
89
90     bool runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM);
91     bool processLoop(Loop *L);
92
93     /// This transformation requires natural loop information & requires that
94     /// loop preheaders be inserted into the CFG...
95     ///
96     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
97       AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
98       AU.addPreservedID(LoopSimplifyID);
99       AU.addRequired<LoopInfo>();
100       AU.addPreserved<LoopInfo>();
101       AU.addRequiredID(LCSSAID);
102       AU.addPreservedID(LCSSAID);
103       AU.addPreserved<DominatorTree>();
104       AU.addPreserved<DominanceFrontier>();
105     }
106
107   private:
108
109     /// RemoveLoopFromWorklist - If the specified loop is on the loop worklist,
110     /// remove it.
111     void RemoveLoopFromWorklist(Loop *L) {
112       std::vector<Loop*>::iterator I = std::find(LoopProcessWorklist.begin(),
113                                                  LoopProcessWorklist.end(), L);
114       if (I != LoopProcessWorklist.end())
115         LoopProcessWorklist.erase(I);
116     }
117
118     /// Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.
119     /// Update the appropriate Phi nodes as we do so.
120     void SplitExitEdges(Loop *L, const SmallVector<BasicBlock *, 8> &ExitBlocks,
121                         SmallVector<BasicBlock *, 8> &MiddleBlocks);
122
123     /// If BB's dominance frontier  has a member that is not part of loop L then
124     /// remove it. Add NewDFMember in BB's dominance frontier.
125     void ReplaceLoopExternalDFMember(Loop *L, BasicBlock *BB,
126                                      BasicBlock *NewDFMember);
127       
128     bool UnswitchIfProfitable(Value *LoopCond, Constant *Val,Loop *L);
129     unsigned getLoopUnswitchCost(Loop *L, Value *LIC);
130     void UnswitchTrivialCondition(Loop *L, Value *Cond, Constant *Val,
131                                   BasicBlock *ExitBlock);
132     void UnswitchNontrivialCondition(Value *LIC, Constant *OnVal, Loop *L);
133
134     void RewriteLoopBodyWithConditionConstant(Loop *L, Value *LIC,
135                                               Constant *Val, bool isEqual);
136
137     void EmitPreheaderBranchOnCondition(Value *LIC, Constant *Val,
138                                         BasicBlock *TrueDest, 
139                                         BasicBlock *FalseDest,
140                                         Instruction *InsertPt);
141
142     void SimplifyCode(std::vector<Instruction*> &Worklist, Loop *L);
143     void RemoveBlockIfDead(BasicBlock *BB,
144                            std::vector<Instruction*> &Worklist, Loop *l);
145     void RemoveLoopFromHierarchy(Loop *L);
146   };
147 }
148 char LoopUnswitch::ID = 0;
149 static RegisterPass<LoopUnswitch> X("loop-unswitch", "Unswitch loops");
150
151 LoopPass *llvm::createLoopUnswitchPass(bool Os) { 
152   return new LoopUnswitch(Os); 
153 }
154
155 /// FindLIVLoopCondition - Cond is a condition that occurs in L.  If it is
156 /// invariant in the loop, or has an invariant piece, return the invariant.
157 /// Otherwise, return null.
158 static Value *FindLIVLoopCondition(Value *Cond, Loop *L, bool &Changed) {
159   // Constants should be folded, not unswitched on!
160   if (isa<Constant>(Cond)) return false;
161
162   // TODO: Handle: br (VARIANT|INVARIANT).
163   // TODO: Hoist simple expressions out of loops.
164   if (L->isLoopInvariant(Cond)) return Cond;
165   
166   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(Cond))
167     if (BO->getOpcode() == Instruction::And ||
168         BO->getOpcode() == Instruction::Or) {
169       // If either the left or right side is invariant, we can unswitch on this,
170       // which will cause the branch to go away in one loop and the condition to
171       // simplify in the other one.
172       if (Value *LHS = FindLIVLoopCondition(BO->getOperand(0), L, Changed))
173         return LHS;
174       if (Value *RHS = FindLIVLoopCondition(BO->getOperand(1), L, Changed))
175         return RHS;
176     }
177   
178   return 0;
179 }
180
181 bool LoopUnswitch::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM_Ref) {
182   LI = &getAnalysis<LoopInfo>();
183   LPM = &LPM_Ref;
184   DF = getAnalysisToUpdate<DominanceFrontier>();
185   DT = getAnalysisToUpdate<DominatorTree>();
186
187   bool Changed = false;
188
189   do {
190     redoLoop = false;
191     Changed |= processLoop(L);
192   } while(redoLoop);
193
194   return Changed;
195 }
196
197 /// processLoop - Do actual work and unswitch loop if possible and profitable.
198 bool LoopUnswitch::processLoop(Loop *L) {
199   assert(L->isLCSSAForm());
200   bool Changed = false;
201
202   // Loop over all of the basic blocks in the loop.  If we find an interior
203   // block that is branching on a loop-invariant condition, we can unswitch this
204   // loop.
205   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
206        I != E; ++I) {
207     TerminatorInst *TI = (*I)->getTerminator();
208     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
209       // If this isn't branching on an invariant condition, we can't unswitch
210       // it.
211       if (BI->isConditional()) {
212         // See if this, or some part of it, is loop invariant.  If so, we can
213         // unswitch on it if we desire.
214         Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(BI->getCondition(), L, Changed);
215         if (LoopCond && UnswitchIfProfitable(LoopCond, ConstantInt::getTrue(),
216                                              L)) {
217           ++NumBranches;
218           return true;
219         }
220       }      
221     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
222       Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(SI->getCondition(), L, Changed);
223       if (LoopCond && SI->getNumCases() > 1) {
224         // Find a value to unswitch on:
225         // FIXME: this should chose the most expensive case!
226         Constant *UnswitchVal = SI->getCaseValue(1);
227         // Do not process same value again and again.
228         if (!UnswitchedVals.insert(UnswitchVal))
229           continue;
230
231         if (UnswitchIfProfitable(LoopCond, UnswitchVal, L)) {
232           ++NumSwitches;
233           return true;
234         }
235       }
236     }
237     
238     // Scan the instructions to check for unswitchable values.
239     for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin(), E = (*I)->end(); 
240          BBI != E; ++BBI)
241       if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(BBI)) {
242         Value *LoopCond = FindLIVLoopCondition(SI->getCondition(), L, Changed);
243         if (LoopCond && UnswitchIfProfitable(LoopCond, ConstantInt::getTrue(),
244                                              L)) {
245           ++NumSelects;
246           return true;
247         }
248       }
249   }
250   
251   assert(L->isLCSSAForm());
252   
253   return Changed;
254 }
255
256 /// isTrivialLoopExitBlock - Check to see if all paths from BB either:
257 ///   1. Exit the loop with no side effects.
258 ///   2. Branch to the latch block with no side-effects.
259 ///
260 /// If these conditions are true, we return true and set ExitBB to the block we
261 /// exit through.
262 ///
263 static bool isTrivialLoopExitBlockHelper(Loop *L, BasicBlock *BB,
264                                          BasicBlock *&ExitBB,
265                                          std::set<BasicBlock*> &Visited) {
266   if (!Visited.insert(BB).second) {
267     // Already visited and Ok, end of recursion.
268     return true;
269   } else if (!L->contains(BB)) {
270     // Otherwise, this is a loop exit, this is fine so long as this is the
271     // first exit.
272     if (ExitBB != 0) return false;
273     ExitBB = BB;
274     return true;
275   }
276   
277   // Otherwise, this is an unvisited intra-loop node.  Check all successors.
278   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); SI != E; ++SI) {
279     // Check to see if the successor is a trivial loop exit.
280     if (!isTrivialLoopExitBlockHelper(L, *SI, ExitBB, Visited))
281       return false;
282   }
283
284   // Okay, everything after this looks good, check to make sure that this block
285   // doesn't include any side effects.
286   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
287     if (I->mayWriteToMemory())
288       return false;
289   
290   return true;
291 }
292
293 /// isTrivialLoopExitBlock - Return true if the specified block unconditionally
294 /// leads to an exit from the specified loop, and has no side-effects in the 
295 /// process.  If so, return the block that is exited to, otherwise return null.
296 static BasicBlock *isTrivialLoopExitBlock(Loop *L, BasicBlock *BB) {
297   std::set<BasicBlock*> Visited;
298   Visited.insert(L->getHeader());  // Branches to header are ok.
299   BasicBlock *ExitBB = 0;
300   if (isTrivialLoopExitBlockHelper(L, BB, ExitBB, Visited))
301     return ExitBB;
302   return 0;
303 }
304
305 /// IsTrivialUnswitchCondition - Check to see if this unswitch condition is
306 /// trivial: that is, that the condition controls whether or not the loop does
307 /// anything at all.  If this is a trivial condition, unswitching produces no
308 /// code duplications (equivalently, it produces a simpler loop and a new empty
309 /// loop, which gets deleted).
310 ///
311 /// If this is a trivial condition, return true, otherwise return false.  When
312 /// returning true, this sets Cond and Val to the condition that controls the
313 /// trivial condition: when Cond dynamically equals Val, the loop is known to
314 /// exit.  Finally, this sets LoopExit to the BB that the loop exits to when
315 /// Cond == Val.
316 ///
317 static bool IsTrivialUnswitchCondition(Loop *L, Value *Cond, Constant **Val = 0,
318                                        BasicBlock **LoopExit = 0) {
319   BasicBlock *Header = L->getHeader();
320   TerminatorInst *HeaderTerm = Header->getTerminator();
321   
322   BasicBlock *LoopExitBB = 0;
323   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(HeaderTerm)) {
324     // If the header block doesn't end with a conditional branch on Cond, we
325     // can't handle it.
326     if (!BI->isConditional() || BI->getCondition() != Cond)
327       return false;
328   
329     // Check to see if a successor of the branch is guaranteed to go to the
330     // latch block or exit through a one exit block without having any 
331     // side-effects.  If so, determine the value of Cond that causes it to do
332     // this.
333     if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(L, BI->getSuccessor(0)))) {
334       if (Val) *Val = ConstantInt::getTrue();
335     } else if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(L, BI->getSuccessor(1)))) {
336       if (Val) *Val = ConstantInt::getFalse();
337     }
338   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(HeaderTerm)) {
339     // If this isn't a switch on Cond, we can't handle it.
340     if (SI->getCondition() != Cond) return false;
341     
342     // Check to see if a successor of the switch is guaranteed to go to the
343     // latch block or exit through a one exit block without having any 
344     // side-effects.  If so, determine the value of Cond that causes it to do
345     // this.  Note that we can't trivially unswitch on the default case.
346     for (unsigned i = 1, e = SI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
347       if ((LoopExitBB = isTrivialLoopExitBlock(L, SI->getSuccessor(i)))) {
348         // Okay, we found a trivial case, remember the value that is trivial.
349         if (Val) *Val = SI->getCaseValue(i);
350         break;
351       }
352   }
353
354   // If we didn't find a single unique LoopExit block, or if the loop exit block
355   // contains phi nodes, this isn't trivial.
356   if (!LoopExitBB || isa<PHINode>(LoopExitBB->begin()))
357     return false;   // Can't handle this.
358   
359   if (LoopExit) *LoopExit = LoopExitBB;
360   
361   // We already know that nothing uses any scalar values defined inside of this
362   // loop.  As such, we just have to check to see if this loop will execute any
363   // side-effecting instructions (e.g. stores, calls, volatile loads) in the
364   // part of the loop that the code *would* execute.  We already checked the
365   // tail, check the header now.
366   for (BasicBlock::iterator I = Header->begin(), E = Header->end(); I != E; ++I)
367     if (I->mayWriteToMemory())
368       return false;
369   return true;
370 }
371
372 /// getLoopUnswitchCost - Return the cost (code size growth) that will happen if
373 /// we choose to unswitch the specified loop on the specified value.
374 ///
375 unsigned LoopUnswitch::getLoopUnswitchCost(Loop *L, Value *LIC) {
376   // If the condition is trivial, always unswitch.  There is no code growth for
377   // this case.
378   if (IsTrivialUnswitchCondition(L, LIC))
379     return 0;
380   
381   // FIXME: This is really overly conservative.  However, more liberal 
382   // estimations have thus far resulted in excessive unswitching, which is bad
383   // both in compile time and in code size.  This should be replaced once
384   // someone figures out how a good estimation.
385   return L->getBlocks().size();
386   
387   unsigned Cost = 0;
388   // FIXME: this is brain dead.  It should take into consideration code
389   // shrinkage.
390   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
391        I != E; ++I) {
392     BasicBlock *BB = *I;
393     // Do not include empty blocks in the cost calculation.  This happen due to
394     // loop canonicalization and will be removed.
395     if (BB->begin() == BasicBlock::iterator(BB->getTerminator()))
396       continue;
397     
398     // Count basic blocks.
399     ++Cost;
400   }
401
402   return Cost;
403 }
404
405 /// UnswitchIfProfitable - We have found that we can unswitch L when
406 /// LoopCond == Val to simplify the loop.  If we decide that this is profitable,
407 /// unswitch the loop, reprocess the pieces, then return true.
408 bool LoopUnswitch::UnswitchIfProfitable(Value *LoopCond, Constant *Val,Loop *L){
409   // Check to see if it would be profitable to unswitch this loop.
410   unsigned Cost = getLoopUnswitchCost(L, LoopCond);
411
412   // Do not do non-trivial unswitch while optimizing for size.
413   if (Cost && OptimizeForSize)
414     return false;
415
416   if (Cost > Threshold) {
417     // FIXME: this should estimate growth by the amount of code shared by the
418     // resultant unswitched loops.
419     //
420     DOUT << "NOT unswitching loop %"
421          << L->getHeader()->getName() << ", cost too high: "
422          << L->getBlocks().size() << "\n";
423     return false;
424   }
425   
426   // If this is a trivial condition to unswitch (which results in no code
427   // duplication), do it now.
428   Constant *CondVal;
429   BasicBlock *ExitBlock;
430   if (IsTrivialUnswitchCondition(L, LoopCond, &CondVal, &ExitBlock)) {
431     UnswitchTrivialCondition(L, LoopCond, CondVal, ExitBlock);
432   } else {
433     UnswitchNontrivialCondition(LoopCond, Val, L);
434   }
435  
436   return true;
437 }
438
439 // RemapInstruction - Convert the instruction operands from referencing the
440 // current values into those specified by ValueMap.
441 //
442 static inline void RemapInstruction(Instruction *I,
443                                     DenseMap<const Value *, Value*> &ValueMap) {
444   for (unsigned op = 0, E = I->getNumOperands(); op != E; ++op) {
445     Value *Op = I->getOperand(op);
446     DenseMap<const Value *, Value*>::iterator It = ValueMap.find(Op);
447     if (It != ValueMap.end()) Op = It->second;
448     I->setOperand(op, Op);
449   }
450 }
451
452 // CloneDomInfo - NewBB is cloned from Orig basic block. Now clone Dominator
453 // Info.
454 //
455 // If Orig block's immediate dominator is mapped in VM then use corresponding
456 // immediate dominator from the map. Otherwise Orig block's dominator is also
457 // NewBB's dominator.
458 //
459 // OrigPreheader is loop pre-header before this pass started
460 // updating CFG. NewPrehader is loops new pre-header. However, after CFG
461 // manipulation, loop L may not exist. So rely on input parameter NewPreheader.
462 static void CloneDomInfo(BasicBlock *NewBB, BasicBlock *Orig,
463                          BasicBlock *NewPreheader, BasicBlock *OrigPreheader,
464                          BasicBlock *OrigHeader,
465                          DominatorTree *DT, DominanceFrontier *DF,
466                          DenseMap<const Value*, Value*> &VM) {
467
468   // If NewBB alreay has found its place in domiantor tree then no need to do
469   // anything.
470   if (DT->getNode(NewBB))
471     return;
472
473   // If Orig does not have any immediate domiantor then its clone, NewBB, does 
474   // not need any immediate dominator.
475   DomTreeNode *OrigNode = DT->getNode(Orig);
476   if (!OrigNode)
477     return;
478   DomTreeNode *OrigIDomNode = OrigNode->getIDom();
479   if (!OrigIDomNode)
480     return;
481
482   BasicBlock *OrigIDom = NULL; 
483
484   // If Orig is original loop header then its immediate dominator is
485   // NewPreheader.
486   if (Orig == OrigHeader)
487     OrigIDom = NewPreheader;
488
489   // If Orig is new pre-header then its immediate dominator is
490   // original pre-header.
491   else if (Orig == NewPreheader)
492     OrigIDom = OrigPreheader;
493
494   // Other as DT to find Orig's immediate dominator.
495   else
496      OrigIDom = OrigIDomNode->getBlock();
497
498   // Initially use Orig's immediate dominator as NewBB's immediate dominator.
499   BasicBlock *NewIDom = OrigIDom;
500   DenseMap<const Value*, Value*>::iterator I = VM.find(OrigIDom);
501   if (I != VM.end()) {
502     NewIDom = cast<BasicBlock>(I->second);
503     
504     // If NewIDom does not have corresponding dominatore tree node then
505     // get one.
506     if (!DT->getNode(NewIDom))
507       CloneDomInfo(NewIDom, OrigIDom, NewPreheader, OrigPreheader, 
508                    OrigHeader, DT, DF, VM);
509   }
510   
511   DT->addNewBlock(NewBB, NewIDom);
512   
513   // Copy cloned dominance frontiner set
514   DominanceFrontier::DomSetType NewDFSet;
515   if (DF) {
516     DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(Orig);
517     if ( DFI != DF->end()) {
518       DominanceFrontier::DomSetType S = DFI->second;
519       for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator I = S.begin(), E = S.end();
520            I != E; ++I) {
521         BasicBlock *BB = *I;
522         DenseMap<const Value*, Value*>::iterator IDM = VM.find(BB);
523         if (IDM != VM.end())
524           NewDFSet.insert(cast<BasicBlock>(IDM->second));
525         else
526           NewDFSet.insert(BB);
527       }
528     }
529     DF->addBasicBlock(NewBB, NewDFSet);
530   }
531 }
532
533 /// CloneLoop - Recursively clone the specified loop and all of its children,
534 /// mapping the blocks with the specified map.
535 static Loop *CloneLoop(Loop *L, Loop *PL, DenseMap<const Value*, Value*> &VM,
536                        LoopInfo *LI, LPPassManager *LPM) {
537   Loop *New = new Loop();
538
539   LPM->insertLoop(New, PL);
540
541   // Add all of the blocks in L to the new loop.
542   for (Loop::block_iterator I = L->block_begin(), E = L->block_end();
543        I != E; ++I)
544     if (LI->getLoopFor(*I) == L)
545       New->addBasicBlockToLoop(cast<BasicBlock>(VM[*I]), LI->getBase());
546
547   // Add all of the subloops to the new loop.
548   for (Loop::iterator I = L->begin(), E = L->end(); I != E; ++I)
549     CloneLoop(*I, New, VM, LI, LPM);
550
551   return New;
552 }
553
554 /// EmitPreheaderBranchOnCondition - Emit a conditional branch on two values
555 /// if LIC == Val, branch to TrueDst, otherwise branch to FalseDest.  Insert the
556 /// code immediately before InsertPt.
557 void LoopUnswitch::EmitPreheaderBranchOnCondition(Value *LIC, Constant *Val,
558                                                   BasicBlock *TrueDest,
559                                                   BasicBlock *FalseDest,
560                                                   Instruction *InsertPt) {
561   // Insert a conditional branch on LIC to the two preheaders.  The original
562   // code is the true version and the new code is the false version.
563   Value *BranchVal = LIC;
564   if (!isa<ConstantInt>(Val) || Val->getType() != Type::Int1Ty)
565     BranchVal = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, LIC, Val, "tmp", InsertPt);
566   else if (Val != ConstantInt::getTrue())
567     // We want to enter the new loop when the condition is true.
568     std::swap(TrueDest, FalseDest);
569
570   // Insert the new branch.
571   BranchInst::Create(TrueDest, FalseDest, BranchVal, InsertPt);
572
573 }
574
575
576 /// UnswitchTrivialCondition - Given a loop that has a trivial unswitchable
577 /// condition in it (a cond branch from its header block to its latch block,
578 /// where the path through the loop that doesn't execute its body has no 
579 /// side-effects), unswitch it.  This doesn't involve any code duplication, just
580 /// moving the conditional branch outside of the loop and updating loop info.
581 void LoopUnswitch::UnswitchTrivialCondition(Loop *L, Value *Cond, 
582                                             Constant *Val, 
583                                             BasicBlock *ExitBlock) {
584   DOUT << "loop-unswitch: Trivial-Unswitch loop %"
585        << L->getHeader()->getName() << " [" << L->getBlocks().size()
586        << " blocks] in Function " << L->getHeader()->getParent()->getName()
587        << " on cond: " << *Val << " == " << *Cond << "\n";
588   
589   // First step, split the preheader, so that we know that there is a safe place
590   // to insert the conditional branch.  We will change 'OrigPH' to have a
591   // conditional branch on Cond.
592   BasicBlock *OrigPH = L->getLoopPreheader();
593   BasicBlock *NewPH = SplitEdge(OrigPH, L->getHeader(), this);
594
595   // Now that we have a place to insert the conditional branch, create a place
596   // to branch to: this is the exit block out of the loop that we should
597   // short-circuit to.
598   
599   // Split this block now, so that the loop maintains its exit block, and so
600   // that the jump from the preheader can execute the contents of the exit block
601   // without actually branching to it (the exit block should be dominated by the
602   // loop header, not the preheader).
603   assert(!L->contains(ExitBlock) && "Exit block is in the loop?");
604   BasicBlock *NewExit = SplitBlock(ExitBlock, ExitBlock->begin(), this);
605     
606   // Okay, now we have a position to branch from and a position to branch to, 
607   // insert the new conditional branch.
608   EmitPreheaderBranchOnCondition(Cond, Val, NewExit, NewPH, 
609                                  OrigPH->getTerminator());
610   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(OrigPH->getTerminator(), L);
611   OrigPH->getTerminator()->eraseFromParent();
612
613   // We need to reprocess this loop, it could be unswitched again.
614   redoLoop = true;
615   
616   // Now that we know that the loop is never entered when this condition is a
617   // particular value, rewrite the loop with this info.  We know that this will
618   // at least eliminate the old branch.
619   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(L, Cond, Val, false);
620   ++NumTrivial;
621 }
622
623 /// ReplaceLoopExternalDFMember -
624 /// If BB's dominance frontier  has a member that is not part of loop L then 
625 /// remove it. Add NewDFMember in BB's dominance frontier.
626 void LoopUnswitch::ReplaceLoopExternalDFMember(Loop *L, BasicBlock *BB,
627                                                BasicBlock *NewDFMember) {
628   
629   DominanceFrontier::iterator DFI = DF->find(BB);
630   if (DFI == DF->end())
631     return;
632   
633   DominanceFrontier::DomSetType &DFSet = DFI->second;
634   for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator DI = DFSet.begin(),
635          DE = DFSet.end(); DI != DE;) {
636     BasicBlock *B = *DI++;
637     if (L->contains(B))
638       continue;
639
640     DF->removeFromFrontier(DFI, B);
641     LoopDF.insert(B);
642   }
643
644   DF->addToFrontier(DFI, NewDFMember);
645 }
646
647 /// SplitExitEdges - Split all of the edges from inside the loop to their exit
648 /// blocks.  Update the appropriate Phi nodes as we do so.
649 void LoopUnswitch::SplitExitEdges(Loop *L, 
650                                  const SmallVector<BasicBlock *, 8> &ExitBlocks,
651                                   SmallVector<BasicBlock *, 8> &MiddleBlocks) {
652
653   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
654     BasicBlock *ExitBlock = ExitBlocks[i];
655     std::vector<BasicBlock*> Preds(pred_begin(ExitBlock), pred_end(ExitBlock));
656
657     for (unsigned j = 0, e = Preds.size(); j != e; ++j) {
658       BasicBlock* MiddleBlock = SplitEdge(Preds[j], ExitBlock, this);
659       MiddleBlocks.push_back(MiddleBlock);
660       BasicBlock* StartBlock = Preds[j];
661       BasicBlock* EndBlock;
662       if (MiddleBlock->getSinglePredecessor() == ExitBlock) {
663         EndBlock = MiddleBlock;
664         MiddleBlock = EndBlock->getSinglePredecessor();;
665       } else {
666         EndBlock = ExitBlock;
667       }
668       
669       OrigLoopExitMap[StartBlock] = EndBlock;
670
671       std::set<PHINode*> InsertedPHIs;
672       PHINode* OldLCSSA = 0;
673       for (BasicBlock::iterator I = EndBlock->begin();
674            (OldLCSSA = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
675         Value* OldValue = OldLCSSA->getIncomingValueForBlock(MiddleBlock);
676         PHINode* NewLCSSA = PHINode::Create(OldLCSSA->getType(),
677                                             OldLCSSA->getName() + ".us-lcssa",
678                                             MiddleBlock->getTerminator());
679         NewLCSSA->addIncoming(OldValue, StartBlock);
680         OldLCSSA->setIncomingValue(OldLCSSA->getBasicBlockIndex(MiddleBlock),
681                                    NewLCSSA);
682         InsertedPHIs.insert(NewLCSSA);
683       }
684
685       BasicBlock::iterator InsertPt = EndBlock->getFirstNonPHI();
686       for (BasicBlock::iterator I = MiddleBlock->begin();
687          (OldLCSSA = dyn_cast<PHINode>(I)) && InsertedPHIs.count(OldLCSSA) == 0;
688          ++I) {
689         PHINode *NewLCSSA = PHINode::Create(OldLCSSA->getType(),
690                                             OldLCSSA->getName() + ".us-lcssa",
691                                             InsertPt);
692         OldLCSSA->replaceAllUsesWith(NewLCSSA);
693         NewLCSSA->addIncoming(OldLCSSA, MiddleBlock);
694       }
695
696       if (DF && DT) {
697         // StartBlock -- > MiddleBlock -- > EndBlock
698         // StartBlock is loop exiting block. EndBlock will become merge point 
699         // of two loop exits after loop unswitch.
700         
701         // If StartBlock's DF member includes a block that is not loop member 
702         // then replace that DF member with EndBlock.
703
704         // If MiddleBlock's DF member includes a block that is not loop member
705         // tnen replace that DF member with EndBlock.
706
707         ReplaceLoopExternalDFMember(L, StartBlock, EndBlock);
708         ReplaceLoopExternalDFMember(L, MiddleBlock, EndBlock);
709       }
710     }    
711   }
712
713 }
714
715 /// UnswitchNontrivialCondition - We determined that the loop is profitable 
716 /// to unswitch when LIC equal Val.  Split it into loop versions and test the 
717 /// condition outside of either loop.  Return the loops created as Out1/Out2.
718 void LoopUnswitch::UnswitchNontrivialCondition(Value *LIC, Constant *Val, 
719                                                Loop *L) {
720   Function *F = L->getHeader()->getParent();
721   DOUT << "loop-unswitch: Unswitching loop %"
722        << L->getHeader()->getName() << " [" << L->getBlocks().size()
723        << " blocks] in Function " << F->getName()
724        << " when '" << *Val << "' == " << *LIC << "\n";
725
726   // LoopBlocks contains all of the basic blocks of the loop, including the
727   // preheader of the loop, the body of the loop, and the exit blocks of the 
728   // loop, in that order.
729   std::vector<BasicBlock*> LoopBlocks;
730
731   // First step, split the preheader and exit blocks, and add these blocks to
732   // the LoopBlocks list.
733   BasicBlock *OrigHeader = L->getHeader();
734   BasicBlock *OrigPreheader = L->getLoopPreheader();
735   BasicBlock *NewPreheader = SplitEdge(OrigPreheader, L->getHeader(), this);
736   LoopBlocks.push_back(NewPreheader);
737
738   // We want the loop to come after the preheader, but before the exit blocks.
739   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), L->block_begin(), L->block_end());
740
741   SmallVector<BasicBlock*, 8> ExitBlocks;
742   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
743
744   // Split all of the edges from inside the loop to their exit blocks.  Update
745   // the appropriate Phi nodes as we do so.
746   SmallVector<BasicBlock *,8> MiddleBlocks;
747   SplitExitEdges(L, ExitBlocks, MiddleBlocks);
748
749   // The exit blocks may have been changed due to edge splitting, recompute.
750   ExitBlocks.clear();
751   L->getUniqueExitBlocks(ExitBlocks);
752
753   // Add exit blocks to the loop blocks.
754   LoopBlocks.insert(LoopBlocks.end(), ExitBlocks.begin(), ExitBlocks.end());
755
756   // Next step, clone all of the basic blocks that make up the loop (including
757   // the loop preheader and exit blocks), keeping track of the mapping between
758   // the instructions and blocks.
759   std::vector<BasicBlock*> NewBlocks;
760   NewBlocks.reserve(LoopBlocks.size());
761   DenseMap<const Value*, Value*> ValueMap;
762   for (unsigned i = 0, e = LoopBlocks.size(); i != e; ++i) {
763     BasicBlock *New = CloneBasicBlock(LoopBlocks[i], ValueMap, ".us", F);
764     NewBlocks.push_back(New);
765     ValueMap[LoopBlocks[i]] = New;  // Keep the BB mapping.
766     LPM->cloneBasicBlockSimpleAnalysis(LoopBlocks[i], New, L);
767   }
768
769   // OutSiders are basic block that are dominated by original header and
770   // at the same time they are not part of loop.
771   SmallPtrSet<BasicBlock *, 8> OutSiders;
772   if (DT) {
773     DomTreeNode *OrigHeaderNode = DT->getNode(OrigHeader);
774     for(std::vector<DomTreeNode*>::iterator DI = OrigHeaderNode->begin(), 
775           DE = OrigHeaderNode->end();  DI != DE; ++DI) {
776       BasicBlock *B = (*DI)->getBlock();
777
778       DenseMap<const Value*, Value*>::iterator VI = ValueMap.find(B);
779       if (VI == ValueMap.end()) 
780         OutSiders.insert(B);
781     }
782   }
783
784   // Splice the newly inserted blocks into the function right before the
785   // original preheader.
786   F->getBasicBlockList().splice(LoopBlocks[0], F->getBasicBlockList(),
787                                 NewBlocks[0], F->end());
788
789   // Now we create the new Loop object for the versioned loop.
790   Loop *NewLoop = CloneLoop(L, L->getParentLoop(), ValueMap, LI, LPM);
791   Loop *ParentLoop = L->getParentLoop();
792   if (ParentLoop) {
793     // Make sure to add the cloned preheader and exit blocks to the parent loop
794     // as well.
795     ParentLoop->addBasicBlockToLoop(NewBlocks[0], LI->getBase());
796   }
797   
798   for (unsigned i = 0, e = ExitBlocks.size(); i != e; ++i) {
799     BasicBlock *NewExit = cast<BasicBlock>(ValueMap[ExitBlocks[i]]);
800     // The new exit block should be in the same loop as the old one.
801     if (Loop *ExitBBLoop = LI->getLoopFor(ExitBlocks[i]))
802       ExitBBLoop->addBasicBlockToLoop(NewExit, LI->getBase());
803     
804     assert(NewExit->getTerminator()->getNumSuccessors() == 1 &&
805            "Exit block should have been split to have one successor!");
806     BasicBlock *ExitSucc = NewExit->getTerminator()->getSuccessor(0);
807     
808     // If the successor of the exit block had PHI nodes, add an entry for
809     // NewExit.
810     PHINode *PN;
811     for (BasicBlock::iterator I = ExitSucc->begin();
812          (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I) {
813       Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(ExitBlocks[i]);
814       DenseMap<const Value *, Value*>::iterator It = ValueMap.find(V);
815       if (It != ValueMap.end()) V = It->second;
816       PN->addIncoming(V, NewExit);
817     }
818   }
819
820   // Rewrite the code to refer to itself.
821   for (unsigned i = 0, e = NewBlocks.size(); i != e; ++i)
822     for (BasicBlock::iterator I = NewBlocks[i]->begin(),
823            E = NewBlocks[i]->end(); I != E; ++I)
824       RemapInstruction(I, ValueMap);
825   
826   // Rewrite the original preheader to select between versions of the loop.
827   BranchInst *OldBR = cast<BranchInst>(OrigPreheader->getTerminator());
828   assert(OldBR->isUnconditional() && OldBR->getSuccessor(0) == LoopBlocks[0] &&
829          "Preheader splitting did not work correctly!");
830
831   // Emit the new branch that selects between the two versions of this loop.
832   EmitPreheaderBranchOnCondition(LIC, Val, NewBlocks[0], LoopBlocks[0], OldBR);
833   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(OldBR, L);
834   OldBR->eraseFromParent();
835
836   // Update dominator info
837   if (DF && DT) {
838
839     SmallVector<BasicBlock *,4> ExitingBlocks;
840     L->getExitingBlocks(ExitingBlocks);
841
842     // Clone dominator info for all cloned basic block.
843     for (unsigned i = 0, e = LoopBlocks.size(); i != e; ++i) {
844       BasicBlock *LBB = LoopBlocks[i];
845       BasicBlock *NBB = NewBlocks[i];
846       CloneDomInfo(NBB, LBB, NewPreheader, OrigPreheader, 
847                    OrigHeader, DT, DF, ValueMap);
848
849       //   If LBB's dominance frontier includes DFMember 
850       //      such that DFMember is also a member of LoopDF then
851       //         - Remove DFMember from LBB's dominance frontier
852       //         - Copy loop exiting blocks', that are dominated by BB,
853       //           dominance frontier member in BB's dominance frontier
854
855       DominanceFrontier::iterator LBBI = DF->find(LBB);
856       DominanceFrontier::iterator NBBI = DF->find(NBB);
857       if (LBBI == DF->end())
858         continue;
859
860       DominanceFrontier::DomSetType &LBSet = LBBI->second;
861       for (DominanceFrontier::DomSetType::iterator LI = LBSet.begin(),
862              LE = LBSet.end(); LI != LE; /* NULL */) {
863         BasicBlock *B = *LI++;
864         if (B == LBB && B == L->getHeader())
865           continue;
866         bool removeB = false;
867         if (!LoopDF.count(B))
868           continue;
869         
870         // If LBB dominates loop exits then insert loop exit block's DF
871         // into B's DF.
872         for(SmallVector<BasicBlock *, 4>::iterator 
873               LExitI = ExitingBlocks.begin(),
874               LExitE = ExitingBlocks.end(); LExitI != LExitE; ++LExitI) {
875           BasicBlock *E = *LExitI;
876           
877           if (!DT->dominates(LBB,E))
878             continue;
879           
880           DenseMap<BasicBlock *, BasicBlock *>::iterator DFBI = 
881             OrigLoopExitMap.find(E);
882           if (DFBI == OrigLoopExitMap.end()) 
883             continue;
884           
885           BasicBlock *DFB = DFBI->second;
886           DF->addToFrontier(LBBI, DFB);
887           DF->addToFrontier(NBBI, DFB);
888           removeB = true;
889         }
890         
891         // If B's replacement is inserted in DF then now is the time to remove
892         // B.
893         if (removeB) {
894           DF->removeFromFrontier(LBBI, B);
895           if (L->contains(B))
896             DF->removeFromFrontier(NBBI, cast<BasicBlock>(ValueMap[B]));
897           else
898             DF->removeFromFrontier(NBBI, B);
899         }
900       }
901
902     }
903
904     // MiddleBlocks are dominated by original pre header. SplitEdge updated
905     // MiddleBlocks' dominance frontier appropriately.
906     for (unsigned i = 0, e = MiddleBlocks.size(); i != e; ++i) {
907       BasicBlock *MBB = MiddleBlocks[i];
908       if (!MBB->getSinglePredecessor())
909         DT->changeImmediateDominator(MBB, OrigPreheader);
910     }
911
912     // All Outsiders are now dominated by original pre header.
913     for (SmallPtrSet<BasicBlock *, 8>::iterator OI = OutSiders.begin(),
914            OE = OutSiders.end(); OI != OE; ++OI) {
915       BasicBlock *OB = *OI;
916       DT->changeImmediateDominator(OB, OrigPreheader);
917     }
918
919     // New loop headers are dominated by original preheader
920     DT->changeImmediateDominator(NewBlocks[0], OrigPreheader);
921     DT->changeImmediateDominator(LoopBlocks[0], OrigPreheader);
922   }
923
924   LoopProcessWorklist.push_back(NewLoop);
925   redoLoop = true;
926
927   // Now we rewrite the original code to know that the condition is true and the
928   // new code to know that the condition is false.
929   RewriteLoopBodyWithConditionConstant(L      , LIC, Val, false);
930   
931   // It's possible that simplifying one loop could cause the other to be
932   // deleted.  If so, don't simplify it.
933   if (!LoopProcessWorklist.empty() && LoopProcessWorklist.back() == NewLoop)
934     RewriteLoopBodyWithConditionConstant(NewLoop, LIC, Val, true);
935 }
936
937 /// RemoveFromWorklist - Remove all instances of I from the worklist vector
938 /// specified.
939 static void RemoveFromWorklist(Instruction *I, 
940                                std::vector<Instruction*> &Worklist) {
941   std::vector<Instruction*>::iterator WI = std::find(Worklist.begin(),
942                                                      Worklist.end(), I);
943   while (WI != Worklist.end()) {
944     unsigned Offset = WI-Worklist.begin();
945     Worklist.erase(WI);
946     WI = std::find(Worklist.begin()+Offset, Worklist.end(), I);
947   }
948 }
949
950 /// ReplaceUsesOfWith - When we find that I really equals V, remove I from the
951 /// program, replacing all uses with V and update the worklist.
952 static void ReplaceUsesOfWith(Instruction *I, Value *V, 
953                               std::vector<Instruction*> &Worklist,
954                               Loop *L, LPPassManager *LPM) {
955   DOUT << "Replace with '" << *V << "': " << *I;
956
957   // Add uses to the worklist, which may be dead now.
958   for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
959     if (Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
960       Worklist.push_back(Use);
961
962   // Add users to the worklist which may be simplified now.
963   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
964        UI != E; ++UI)
965     Worklist.push_back(cast<Instruction>(*UI));
966   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(I, L);
967   RemoveFromWorklist(I, Worklist);
968   I->replaceAllUsesWith(V);
969   I->eraseFromParent();
970   ++NumSimplify;
971 }
972
973 /// RemoveBlockIfDead - If the specified block is dead, remove it, update loop
974 /// information, and remove any dead successors it has.
975 ///
976 void LoopUnswitch::RemoveBlockIfDead(BasicBlock *BB,
977                                      std::vector<Instruction*> &Worklist,
978                                      Loop *L) {
979   if (pred_begin(BB) != pred_end(BB)) {
980     // This block isn't dead, since an edge to BB was just removed, see if there
981     // are any easy simplifications we can do now.
982     if (BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor()) {
983       // If it has one pred, fold phi nodes in BB.
984       while (isa<PHINode>(BB->begin()))
985         ReplaceUsesOfWith(BB->begin(), 
986                           cast<PHINode>(BB->begin())->getIncomingValue(0), 
987                           Worklist, L, LPM);
988       
989       // If this is the header of a loop and the only pred is the latch, we now
990       // have an unreachable loop.
991       if (Loop *L = LI->getLoopFor(BB))
992         if (L->getHeader() == BB && L->contains(Pred)) {
993           // Remove the branch from the latch to the header block, this makes
994           // the header dead, which will make the latch dead (because the header
995           // dominates the latch).
996           LPM->deleteSimpleAnalysisValue(Pred->getTerminator(), L);
997           Pred->getTerminator()->eraseFromParent();
998           new UnreachableInst(Pred);
999           
1000           // The loop is now broken, remove it from LI.
1001           RemoveLoopFromHierarchy(L);
1002           
1003           // Reprocess the header, which now IS dead.
1004           RemoveBlockIfDead(BB, Worklist, L);
1005           return;
1006         }
1007       
1008       // If pred ends in a uncond branch, add uncond branch to worklist so that
1009       // the two blocks will get merged.
1010       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Pred->getTerminator()))
1011         if (BI->isUnconditional())
1012           Worklist.push_back(BI);
1013     }
1014     return;
1015   }
1016
1017   DOUT << "Nuking dead block: " << *BB;
1018   
1019   // Remove the instructions in the basic block from the worklist.
1020   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1021     RemoveFromWorklist(I, Worklist);
1022     
1023     // Anything that uses the instructions in this basic block should have their
1024     // uses replaced with undefs.
1025     if (!I->use_empty())
1026       I->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(I->getType()));
1027   }
1028   
1029   // If this is the edge to the header block for a loop, remove the loop and
1030   // promote all subloops.
1031   if (Loop *BBLoop = LI->getLoopFor(BB)) {
1032     if (BBLoop->getLoopLatch() == BB)
1033       RemoveLoopFromHierarchy(BBLoop);
1034   }
1035
1036   // Remove the block from the loop info, which removes it from any loops it
1037   // was in.
1038   LI->removeBlock(BB);
1039   
1040   
1041   // Remove phi node entries in successors for this block.
1042   TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1043   std::vector<BasicBlock*> Succs;
1044   for (unsigned i = 0, e = TI->getNumSuccessors(); i != e; ++i) {
1045     Succs.push_back(TI->getSuccessor(i));
1046     TI->getSuccessor(i)->removePredecessor(BB);
1047   }
1048   
1049   // Unique the successors, remove anything with multiple uses.
1050   std::sort(Succs.begin(), Succs.end());
1051   Succs.erase(std::unique(Succs.begin(), Succs.end()), Succs.end());
1052   
1053   // Remove the basic block, including all of the instructions contained in it.
1054   LPM->deleteSimpleAnalysisValue(BB, L);  
1055   BB->eraseFromParent();
1056   // Remove successor blocks here that are not dead, so that we know we only
1057   // have dead blocks in this list.  Nondead blocks have a way of becoming dead,
1058   // then getting removed before we revisit them, which is badness.
1059   //
1060   for (unsigned i = 0; i != Succs.size(); ++i)
1061     if (pred_begin(Succs[i]) != pred_end(Succs[i])) {
1062       // One exception is loop headers.  If this block was the preheader for a
1063       // loop, then we DO want to visit the loop so the loop gets deleted.
1064       // We know that if the successor is a loop header, that this loop had to
1065       // be the preheader: the case where this was the latch block was handled
1066       // above and headers can only have two predecessors.
1067       if (!LI->isLoopHeader(Succs[i])) {
1068         Succs.erase(Succs.begin()+i);
1069         --i;
1070       }
1071     }
1072   
1073   for (unsigned i = 0, e = Succs.size(); i != e; ++i)
1074     RemoveBlockIfDead(Succs[i], Worklist, L);
1075 }
1076
1077 /// RemoveLoopFromHierarchy - We have discovered that the specified loop has
1078 /// become unwrapped, either because the backedge was deleted, or because the
1079 /// edge into the header was removed.  If the edge into the header from the
1080 /// latch block was removed, the loop is unwrapped but subloops are still alive,
1081 /// so they just reparent loops.  If the loops are actually dead, they will be
1082 /// removed later.
1083 void LoopUnswitch::RemoveLoopFromHierarchy(Loop *L) {
1084   LPM->deleteLoopFromQueue(L);
1085   RemoveLoopFromWorklist(L);
1086 }
1087
1088
1089
1090 // RewriteLoopBodyWithConditionConstant - We know either that the value LIC has
1091 // the value specified by Val in the specified loop, or we know it does NOT have
1092 // that value.  Rewrite any uses of LIC or of properties correlated to it.
1093 void LoopUnswitch::RewriteLoopBodyWithConditionConstant(Loop *L, Value *LIC,
1094                                                         Constant *Val,
1095                                                         bool IsEqual) {
1096   assert(!isa<Constant>(LIC) && "Why are we unswitching on a constant?");
1097   
1098   // FIXME: Support correlated properties, like:
1099   //  for (...)
1100   //    if (li1 < li2)
1101   //      ...
1102   //    if (li1 > li2)
1103   //      ...
1104   
1105   // FOLD boolean conditions (X|LIC), (X&LIC).  Fold conditional branches,
1106   // selects, switches.
1107   std::vector<User*> Users(LIC->use_begin(), LIC->use_end());
1108   std::vector<Instruction*> Worklist;
1109
1110   // If we know that LIC == Val, or that LIC == NotVal, just replace uses of LIC
1111   // in the loop with the appropriate one directly.
1112   if (IsEqual || (isa<ConstantInt>(Val) && Val->getType() == Type::Int1Ty)) {
1113     Value *Replacement;
1114     if (IsEqual)
1115       Replacement = Val;
1116     else
1117       Replacement = ConstantInt::get(Type::Int1Ty, 
1118                                      !cast<ConstantInt>(Val)->getZExtValue());
1119     
1120     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i)
1121       if (Instruction *U = cast<Instruction>(Users[i])) {
1122         if (!L->contains(U->getParent()))
1123           continue;
1124         U->replaceUsesOfWith(LIC, Replacement);
1125         Worklist.push_back(U);
1126       }
1127   } else {
1128     // Otherwise, we don't know the precise value of LIC, but we do know that it
1129     // is certainly NOT "Val".  As such, simplify any uses in the loop that we
1130     // can.  This case occurs when we unswitch switch statements.
1131     for (unsigned i = 0, e = Users.size(); i != e; ++i)
1132       if (Instruction *U = cast<Instruction>(Users[i])) {
1133         if (!L->contains(U->getParent()))
1134           continue;
1135
1136         Worklist.push_back(U);
1137
1138         // If we know that LIC is not Val, use this info to simplify code.
1139         if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(U)) {
1140           for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i) {
1141             if (SI->getCaseValue(i) == Val) {
1142               // Found a dead case value.  Don't remove PHI nodes in the 
1143               // successor if they become single-entry, those PHI nodes may
1144               // be in the Users list.
1145               
1146               // FIXME: This is a hack.  We need to keep the successor around
1147               // and hooked up so as to preserve the loop structure, because
1148               // trying to update it is complicated.  So instead we preserve the
1149               // loop structure and put the block on an dead code path.
1150               
1151               BasicBlock* Old = SI->getParent();
1152               BasicBlock* Split = SplitBlock(Old, SI, this);
1153               
1154               Instruction* OldTerm = Old->getTerminator();
1155               BranchInst::Create(Split, SI->getSuccessor(i),
1156                                  ConstantInt::getTrue(), OldTerm);
1157
1158               LPM->deleteSimpleAnalysisValue(Old->getTerminator(), L);
1159               Old->getTerminator()->eraseFromParent();
1160               
1161               PHINode *PN;
1162               for (BasicBlock::iterator II = SI->getSuccessor(i)->begin();
1163                    (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
1164                 Value *InVal = PN->removeIncomingValue(Split, false);
1165                 PN->addIncoming(InVal, Old);
1166               }
1167
1168               SI->removeCase(i);
1169               break;
1170             }
1171           }
1172         }
1173         
1174         // TODO: We could do other simplifications, for example, turning 
1175         // LIC == Val -> false.
1176       }
1177   }
1178   
1179   SimplifyCode(Worklist, L);
1180 }
1181
1182 /// SimplifyCode - Okay, now that we have simplified some instructions in the 
1183 /// loop, walk over it and constant prop, dce, and fold control flow where
1184 /// possible.  Note that this is effectively a very simple loop-structure-aware
1185 /// optimizer.  During processing of this loop, L could very well be deleted, so
1186 /// it must not be used.
1187 ///
1188 /// FIXME: When the loop optimizer is more mature, separate this out to a new
1189 /// pass.
1190 ///
1191 void LoopUnswitch::SimplifyCode(std::vector<Instruction*> &Worklist, Loop *L) {
1192   while (!Worklist.empty()) {
1193     Instruction *I = Worklist.back();
1194     Worklist.pop_back();
1195     
1196     // Simple constant folding.
1197     if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(I)) {
1198       ReplaceUsesOfWith(I, C, Worklist, L, LPM);
1199       continue;
1200     }
1201     
1202     // Simple DCE.
1203     if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1204       DOUT << "Remove dead instruction '" << *I;
1205       
1206       // Add uses to the worklist, which may be dead now.
1207       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i)
1208         if (Instruction *Use = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(i)))
1209           Worklist.push_back(Use);
1210       LPM->deleteSimpleAnalysisValue(I, L);
1211       RemoveFromWorklist(I, Worklist);
1212       I->eraseFromParent();
1213       ++NumSimplify;
1214       continue;
1215     }
1216     
1217     // Special case hacks that appear commonly in unswitched code.
1218     switch (I->getOpcode()) {
1219     case Instruction::Select:
1220       if (ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(0))) {
1221         ReplaceUsesOfWith(I, I->getOperand(!CB->getZExtValue()+1), Worklist, L,
1222                           LPM);
1223         continue;
1224       }
1225       break;
1226     case Instruction::And:
1227       if (isa<ConstantInt>(I->getOperand(0)) && 
1228           I->getOperand(0)->getType() == Type::Int1Ty)   // constant -> RHS
1229         cast<BinaryOperator>(I)->swapOperands();
1230       if (ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1))) 
1231         if (CB->getType() == Type::Int1Ty) {
1232           if (CB->isOne())      // X & 1 -> X
1233             ReplaceUsesOfWith(I, I->getOperand(0), Worklist, L, LPM);
1234           else                  // X & 0 -> 0
1235             ReplaceUsesOfWith(I, I->getOperand(1), Worklist, L, LPM);
1236           continue;
1237         }
1238       break;
1239     case Instruction::Or:
1240       if (isa<ConstantInt>(I->getOperand(0)) &&
1241           I->getOperand(0)->getType() == Type::Int1Ty)   // constant -> RHS
1242         cast<BinaryOperator>(I)->swapOperands();
1243       if (ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(I->getOperand(1)))
1244         if (CB->getType() == Type::Int1Ty) {
1245           if (CB->isOne())   // X | 1 -> 1
1246             ReplaceUsesOfWith(I, I->getOperand(1), Worklist, L, LPM);
1247           else                  // X | 0 -> X
1248             ReplaceUsesOfWith(I, I->getOperand(0), Worklist, L, LPM);
1249           continue;
1250         }
1251       break;
1252     case Instruction::Br: {
1253       BranchInst *BI = cast<BranchInst>(I);
1254       if (BI->isUnconditional()) {
1255         // If BI's parent is the only pred of the successor, fold the two blocks
1256         // together.
1257         BasicBlock *Pred = BI->getParent();
1258         BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
1259         BasicBlock *SinglePred = Succ->getSinglePredecessor();
1260         if (!SinglePred) continue;  // Nothing to do.
1261         assert(SinglePred == Pred && "CFG broken");
1262
1263         DOUT << "Merging blocks: " << Pred->getName() << " <- " 
1264              << Succ->getName() << "\n";
1265         
1266         // Resolve any single entry PHI nodes in Succ.
1267         while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Succ->begin()))
1268           ReplaceUsesOfWith(PN, PN->getIncomingValue(0), Worklist, L, LPM);
1269         
1270         // Move all of the successor contents from Succ to Pred.
1271         Pred->getInstList().splice(BI, Succ->getInstList(), Succ->begin(),
1272                                    Succ->end());
1273         LPM->deleteSimpleAnalysisValue(BI, L);
1274         BI->eraseFromParent();
1275         RemoveFromWorklist(BI, Worklist);
1276         
1277         // If Succ has any successors with PHI nodes, update them to have
1278         // entries coming from Pred instead of Succ.
1279         Succ->replaceAllUsesWith(Pred);
1280         
1281         // Remove Succ from the loop tree.
1282         LI->removeBlock(Succ);
1283         LPM->deleteSimpleAnalysisValue(Succ, L);
1284         Succ->eraseFromParent();
1285         ++NumSimplify;
1286       } else if (ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(BI->getCondition())){
1287         // Conditional branch.  Turn it into an unconditional branch, then
1288         // remove dead blocks.
1289         break;  // FIXME: Enable.
1290
1291         DOUT << "Folded branch: " << *BI;
1292         BasicBlock *DeadSucc = BI->getSuccessor(CB->getZExtValue());
1293         BasicBlock *LiveSucc = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1294         DeadSucc->removePredecessor(BI->getParent(), true);
1295         Worklist.push_back(BranchInst::Create(LiveSucc, BI));
1296         LPM->deleteSimpleAnalysisValue(BI, L);
1297         BI->eraseFromParent();
1298         RemoveFromWorklist(BI, Worklist);
1299         ++NumSimplify;
1300
1301         RemoveBlockIfDead(DeadSucc, Worklist, L);
1302       }
1303       break;
1304     }
1305     }
1306   }
1307 }