Strengthen icmp snuggling by doing 'compare-or-equal-to' to 'compare'
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / PredicateSimplifier.cpp
1 //===-- PredicateSimplifier.cpp - Path Sensitive Simplifier ---------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Nick Lewycky and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Path-sensitive optimizer. In a branch where x == y, replace uses of
11 // x with y. Permits further optimization, such as the elimination of
12 // the unreachable call:
13 //
14 // void test(int *p, int *q)
15 // {
16 //   if (p != q)
17 //     return;
18 // 
19 //   if (*p != *q)
20 //     foo(); // unreachable
21 // }
22 //
23 //===----------------------------------------------------------------------===//
24 //
25 // The InequalityGraph focusses on four properties; equals, not equals,
26 // less-than and less-than-or-equals-to. The greater-than forms are also held
27 // just to allow walking from a lesser node to a greater one. These properties
28 // are stored in a lattice; LE can become LT or EQ, NE can become LT or GT.
29 //
30 // These relationships define a graph between values of the same type. Each
31 // Value is stored in a map table that retrieves the associated Node. This
32 // is how EQ relationships are stored; the map contains pointers from equal
33 // Value to the same node. The node contains a most canonical Value* form
34 // and the list of known relationships with other nodes.
35 //
36 // If two nodes are known to be inequal, then they will contain pointers to
37 // each other with an "NE" relationship. If node getNode(%x) is less than
38 // getNode(%y), then the %x node will contain <%y, GT> and %y will contain
39 // <%x, LT>. This allows us to tie nodes together into a graph like this:
40 //
41 //   %a < %b < %c < %d
42 //
43 // with four nodes representing the properties. The InequalityGraph provides
44 // querying with "isRelatedBy" and mutators "addEquality" and "addInequality".
45 // To find a relationship, we start with one of the nodes any binary search
46 // through its list to find where the relationships with the second node start.
47 // Then we iterate through those to find the first relationship that dominates
48 // our context node.
49 //
50 // To create these properties, we wait until a branch or switch instruction
51 // implies that a particular value is true (or false). The VRPSolver is
52 // responsible for analyzing the variable and seeing what new inferences
53 // can be made from each property. For example:
54 //
55 //   %P = icmp ne i32* %ptr, null
56 //   %a = and i1 %P, %Q
57 //   br i1 %a label %cond_true, label %cond_false
58 //
59 // For the true branch, the VRPSolver will start with %a EQ true and look at
60 // the definition of %a and find that it can infer that %P and %Q are both
61 // true. From %P being true, it can infer that %ptr NE null. For the false
62 // branch it can't infer anything from the "and" instruction.
63 //
64 // Besides branches, we can also infer properties from instruction that may
65 // have undefined behaviour in certain cases. For example, the dividend of
66 // a division may never be zero. After the division instruction, we may assume
67 // that the dividend is not equal to zero.
68 //
69 //===----------------------------------------------------------------------===//
70 //
71 // The ValueRanges class stores the known integer bounds of a Value. When we
72 // encounter i8 %a u< %b, the ValueRanges stores that %a = [1, 255] and
73 // %b = [0, 254]. Because we store these by Value*, you should always
74 // canonicalize through the InequalityGraph first.
75 //
76 // It never stores an empty range, because that means that the code is
77 // unreachable. It never stores a single-element range since that's an equality
78 // relationship and better stored in the InequalityGraph.
79 //
80 //===----------------------------------------------------------------------===//
81
82 #define DEBUG_TYPE "predsimplify"
83 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
84 #include "llvm/Constants.h"
85 #include "llvm/DerivedTypes.h"
86 #include "llvm/Instructions.h"
87 #include "llvm/Pass.h"
88 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
89 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
90 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
91 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
92 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
93 #include "llvm/Analysis/Dominators.h"
94 #include "llvm/Analysis/ET-Forest.h"
95 #include "llvm/Support/CFG.h"
96 #include "llvm/Support/Compiler.h"
97 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
98 #include "llvm/Support/Debug.h"
99 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
100 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
101 #include <algorithm>
102 #include <deque>
103 #include <sstream>
104 using namespace llvm;
105
106 STATISTIC(NumVarsReplaced, "Number of argument substitutions");
107 STATISTIC(NumInstruction , "Number of instructions removed");
108 STATISTIC(NumSimple      , "Number of simple replacements");
109 STATISTIC(NumBlocks      , "Number of blocks marked unreachable");
110 STATISTIC(NumSnuggle     , "Number of comparisons snuggled");
111
112 namespace {
113   // SLT SGT ULT UGT EQ
114   //   0   1   0   1  0 -- GT                  10
115   //   0   1   0   1  1 -- GE                  11
116   //   0   1   1   0  0 -- SGTULT              12
117   //   0   1   1   0  1 -- SGEULE              13
118   //   0   1   1   1  0 -- SGT                 14
119   //   0   1   1   1  1 -- SGE                 15
120   //   1   0   0   1  0 -- SLTUGT              18
121   //   1   0   0   1  1 -- SLEUGE              19
122   //   1   0   1   0  0 -- LT                  20
123   //   1   0   1   0  1 -- LE                  21
124   //   1   0   1   1  0 -- SLT                 22
125   //   1   0   1   1  1 -- SLE                 23
126   //   1   1   0   1  0 -- UGT                 26
127   //   1   1   0   1  1 -- UGE                 27
128   //   1   1   1   0  0 -- ULT                 28
129   //   1   1   1   0  1 -- ULE                 29
130   //   1   1   1   1  0 -- NE                  30
131   enum LatticeBits {
132     EQ_BIT = 1, UGT_BIT = 2, ULT_BIT = 4, SGT_BIT = 8, SLT_BIT = 16
133   };
134   enum LatticeVal {
135     GT = SGT_BIT | UGT_BIT,
136     GE = GT | EQ_BIT,
137     LT = SLT_BIT | ULT_BIT,
138     LE = LT | EQ_BIT,
139     NE = SLT_BIT | SGT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
140     SGTULT = SGT_BIT | ULT_BIT,
141     SGEULE = SGTULT | EQ_BIT,
142     SLTUGT = SLT_BIT | UGT_BIT,
143     SLEUGE = SLTUGT | EQ_BIT,
144     ULT = SLT_BIT | SGT_BIT | ULT_BIT,
145     UGT = SLT_BIT | SGT_BIT | UGT_BIT,
146     SLT = SLT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
147     SGT = SGT_BIT | ULT_BIT | UGT_BIT,
148     SLE = SLT | EQ_BIT,
149     SGE = SGT | EQ_BIT,
150     ULE = ULT | EQ_BIT,
151     UGE = UGT | EQ_BIT
152   };
153
154   static bool validPredicate(LatticeVal LV) {
155     switch (LV) {
156       case GT: case GE: case LT: case LE: case NE:
157       case SGTULT: case SGT: case SGEULE:
158       case SLTUGT: case SLT: case SLEUGE:
159       case ULT: case UGT:
160       case SLE: case SGE: case ULE: case UGE:
161         return true;
162       default:
163         return false;
164     }
165   }
166
167   /// reversePredicate - reverse the direction of the inequality
168   static LatticeVal reversePredicate(LatticeVal LV) {
169     unsigned reverse = LV ^ (SLT_BIT|SGT_BIT|ULT_BIT|UGT_BIT); //preserve EQ_BIT
170
171     if ((reverse & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
172       reverse |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
173
174     if ((reverse & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
175       reverse |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
176
177     LatticeVal Rev = static_cast<LatticeVal>(reverse);
178     assert(validPredicate(Rev) && "Failed reversing predicate.");
179     return Rev;
180   }
181
182   /// This is a StrictWeakOrdering predicate that sorts ETNodes by how many
183   /// descendants they have. With this, you can iterate through a list sorted
184   /// by this operation and the first matching entry is the most specific
185   /// match for your basic block. The order provided is stable; ETNodes with
186   /// the same number of children are sorted by pointer address.
187   struct VISIBILITY_HIDDEN OrderByDominance {
188     bool operator()(const ETNode *LHS, const ETNode *RHS) const {
189       unsigned LHS_spread = LHS->getDFSNumOut() - LHS->getDFSNumIn();
190       unsigned RHS_spread = RHS->getDFSNumOut() - RHS->getDFSNumIn();
191       if (LHS_spread != RHS_spread) return LHS_spread < RHS_spread;
192       else return LHS < RHS;
193     }
194   };
195
196   /// The InequalityGraph stores the relationships between values.
197   /// Each Value in the graph is assigned to a Node. Nodes are pointer
198   /// comparable for equality. The caller is expected to maintain the logical
199   /// consistency of the system.
200   ///
201   /// The InequalityGraph class may invalidate Node*s after any mutator call.
202   /// @brief The InequalityGraph stores the relationships between values.
203   class VISIBILITY_HIDDEN InequalityGraph {
204     ETNode *TreeRoot;
205
206     InequalityGraph();                  // DO NOT IMPLEMENT
207     InequalityGraph(InequalityGraph &); // DO NOT IMPLEMENT
208   public:
209     explicit InequalityGraph(ETNode *TreeRoot) : TreeRoot(TreeRoot) {}
210
211     class Node;
212
213     /// An Edge is contained inside a Node making one end of the edge implicit
214     /// and contains a pointer to the other end. The edge contains a lattice
215     /// value specifying the relationship and an ETNode specifying the root
216     /// in the dominator tree to which this edge applies.
217     class VISIBILITY_HIDDEN Edge {
218     public:
219       Edge(unsigned T, LatticeVal V, ETNode *ST)
220         : To(T), LV(V), Subtree(ST) {}
221
222       unsigned To;
223       LatticeVal LV;
224       ETNode *Subtree;
225
226       bool operator<(const Edge &edge) const {
227         if (To != edge.To) return To < edge.To;
228         else return OrderByDominance()(Subtree, edge.Subtree);
229       }
230       bool operator<(unsigned to) const {
231         return To < to;
232       }
233     };
234
235     /// A single node in the InequalityGraph. This stores the canonical Value
236     /// for the node, as well as the relationships with the neighbours.
237     ///
238     /// @brief A single node in the InequalityGraph.
239     class VISIBILITY_HIDDEN Node {
240       friend class InequalityGraph;
241
242       typedef SmallVector<Edge, 4> RelationsType;
243       RelationsType Relations;
244
245       Value *Canonical;
246
247       // TODO: can this idea improve performance?
248       //friend class std::vector<Node>;
249       //Node(Node &N) { RelationsType.swap(N.RelationsType); }
250
251     public:
252       typedef RelationsType::iterator       iterator;
253       typedef RelationsType::const_iterator const_iterator;
254
255       Node(Value *V) : Canonical(V) {}
256
257     private:
258 #ifndef NDEBUG
259     public:
260       virtual ~Node() {}
261       virtual void dump() const {
262         dump(*cerr.stream());
263       }
264     private:
265       void dump(std::ostream &os) const  {
266         os << *getValue() << ":\n";
267         for (Node::const_iterator NI = begin(), NE = end(); NI != NE; ++NI) {
268           static const std::string names[32] =
269             { "000000", "000001", "000002", "000003", "000004", "000005",
270               "000006", "000007", "000008", "000009", "     >", "    >=",
271               "  s>u<", "s>=u<=", "    s>", "   s>=", "000016", "000017",
272               "  s<u>", "s<=u>=", "     <", "    <=", "    s<", "   s<=",
273               "000024", "000025", "    u>", "   u>=", "    u<", "   u<=",
274               "    !=", "000031" };
275           os << "  " << names[NI->LV] << " " << NI->To
276              << " (" << NI->Subtree->getDFSNumIn() << ")\n";
277         }
278       }
279 #endif
280
281     public:
282       iterator begin()             { return Relations.begin(); }
283       iterator end()               { return Relations.end();   }
284       const_iterator begin() const { return Relations.begin(); }
285       const_iterator end()   const { return Relations.end();   }
286
287       iterator find(unsigned n, ETNode *Subtree) {
288         iterator E = end();
289         for (iterator I = std::lower_bound(begin(), E, n);
290              I != E && I->To == n; ++I) {
291           if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
292             return I;
293         }
294         return E;
295       }
296
297       const_iterator find(unsigned n, ETNode *Subtree) const {
298         const_iterator E = end();
299         for (const_iterator I = std::lower_bound(begin(), E, n);
300              I != E && I->To == n; ++I) {
301           if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
302             return I;
303         }
304         return E;
305       }
306
307       Value *getValue() const
308       {
309         return Canonical;
310       }
311
312       /// Updates the lattice value for a given node. Create a new entry if
313       /// one doesn't exist, otherwise it merges the values. The new lattice
314       /// value must not be inconsistent with any previously existing value.
315       void update(unsigned n, LatticeVal R, ETNode *Subtree) {
316         assert(validPredicate(R) && "Invalid predicate.");
317         iterator I = find(n, Subtree);
318         if (I == end()) {
319           Edge edge(n, R, Subtree);
320           iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), edge);
321           Relations.insert(Insert, edge);
322         } else {
323           LatticeVal LV = static_cast<LatticeVal>(I->LV & R);
324           assert(validPredicate(LV) && "Invalid union of lattice values.");
325           if (LV != I->LV) {
326             if (Subtree != I->Subtree) {
327               assert(Subtree->DominatedBy(I->Subtree) &&
328                      "Find returned subtree that doesn't apply.");
329
330               Edge edge(n, R, Subtree);
331               iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), edge);
332               Relations.insert(Insert, edge); // invalidates I
333               I = find(n, Subtree);
334             }
335
336             // Also, we have to tighten any edge that Subtree dominates.
337             for (iterator B = begin(); I->To == n; --I) {
338               if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree)) {
339                 LatticeVal LV = static_cast<LatticeVal>(I->LV & R);
340                 assert(validPredicate(LV) && "Invalid union of lattice values.");
341                 I->LV = LV;
342               }
343               if (I == B) break;
344             }
345           }
346         }
347       }
348     };
349
350   private:
351     struct VISIBILITY_HIDDEN NodeMapEdge {
352       Value *V;
353       unsigned index;
354       ETNode *Subtree;
355
356       NodeMapEdge(Value *V, unsigned index, ETNode *Subtree)
357         : V(V), index(index), Subtree(Subtree) {}
358
359       bool operator==(const NodeMapEdge &RHS) const {
360         return V == RHS.V &&
361                Subtree == RHS.Subtree;
362       }
363
364       bool operator<(const NodeMapEdge &RHS) const {
365         if (V != RHS.V) return V < RHS.V;
366         return OrderByDominance()(Subtree, RHS.Subtree);
367       }
368
369       bool operator<(Value *RHS) const {
370         return V < RHS;
371       }
372     };
373
374     typedef std::vector<NodeMapEdge> NodeMapType;
375     NodeMapType NodeMap;
376
377     std::vector<Node> Nodes;
378
379   public:
380     /// node - returns the node object at a given index retrieved from getNode.
381     /// Index zero is reserved and may not be passed in here. The pointer
382     /// returned is valid until the next call to newNode or getOrInsertNode.
383     Node *node(unsigned index) {
384       assert(index != 0 && "Zero index is reserved for not found.");
385       assert(index <= Nodes.size() && "Index out of range.");
386       return &Nodes[index-1];
387     }
388
389     /// Returns the node currently representing Value V, or zero if no such
390     /// node exists.
391     unsigned getNode(Value *V, ETNode *Subtree) {
392       NodeMapType::iterator E = NodeMap.end();
393       NodeMapEdge Edge(V, 0, Subtree);
394       NodeMapType::iterator I = std::lower_bound(NodeMap.begin(), E, Edge);
395       while (I != E && I->V == V) {
396         if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
397           return I->index;
398         ++I;
399       }
400       return 0;
401     }
402
403     /// getOrInsertNode - always returns a valid node index, creating a node
404     /// to match the Value if needed.
405     unsigned getOrInsertNode(Value *V, ETNode *Subtree) {
406       if (unsigned n = getNode(V, Subtree))
407         return n;
408       else
409         return newNode(V);
410     }
411
412     /// newNode - creates a new node for a given Value and returns the index.
413     unsigned newNode(Value *V) {
414       Nodes.push_back(Node(V));
415
416       NodeMapEdge MapEntry = NodeMapEdge(V, Nodes.size(), TreeRoot);
417       assert(!std::binary_search(NodeMap.begin(), NodeMap.end(), MapEntry) &&
418              "Attempt to create a duplicate Node.");
419       NodeMap.insert(std::lower_bound(NodeMap.begin(), NodeMap.end(),
420                                       MapEntry), MapEntry);
421       return MapEntry.index;
422     }
423
424     /// If the Value is in the graph, return the canonical form. Otherwise,
425     /// return the original Value.
426     Value *canonicalize(Value *V, ETNode *Subtree) {
427       if (isa<Constant>(V)) return V;
428
429       if (unsigned n = getNode(V, Subtree))
430         return node(n)->getValue();
431       else 
432         return V;
433     }
434
435     /// isRelatedBy - true iff n1 op n2
436     bool isRelatedBy(unsigned n1, unsigned n2, ETNode *Subtree, LatticeVal LV) {
437       if (n1 == n2) return LV & EQ_BIT;
438
439       Node *N1 = node(n1);
440       Node::iterator I = N1->find(n2, Subtree), E = N1->end();
441       if (I != E) return (I->LV & LV) == I->LV;
442
443       return false;
444     }
445
446     // The add* methods assume that your input is logically valid and may 
447     // assertion-fail or infinitely loop if you attempt a contradiction.
448
449     void addEquality(unsigned n, Value *V, ETNode *Subtree) {
450       assert(canonicalize(node(n)->getValue(), Subtree) == node(n)->getValue()
451              && "Node's 'canonical' choice isn't best within this subtree.");
452
453       // Suppose that we are given "%x -> node #1 (%y)". The problem is that
454       // we may already have "%z -> node #2 (%x)" somewhere above us in the
455       // graph. We need to find those edges and add "%z -> node #1 (%y)"
456       // to keep the lookups canonical.
457
458       std::vector<Value *> ToRepoint;
459       ToRepoint.push_back(V);
460
461       if (unsigned Conflict = getNode(V, Subtree)) {
462         // XXX: NodeMap.size() exceeds 68,000 entries compiling kimwitu++!
463         for (NodeMapType::iterator I = NodeMap.begin(), E = NodeMap.end();
464              I != E; ++I) {
465           if (I->index == Conflict && Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
466             ToRepoint.push_back(I->V);
467         }
468       }
469
470       for (std::vector<Value *>::iterator VI = ToRepoint.begin(),
471            VE = ToRepoint.end(); VI != VE; ++VI) {
472         Value *V = *VI;
473
474         // XXX: review this code. This may be doing too many insertions.
475         NodeMapEdge Edge(V, n, Subtree);
476         NodeMapType::iterator E = NodeMap.end();
477         NodeMapType::iterator I = std::lower_bound(NodeMap.begin(), E, Edge);
478         if (I == E || I->V != V || I->Subtree != Subtree) {
479           // New Value
480           NodeMap.insert(I, Edge);
481         } else if (I != E && I->V == V && I->Subtree == Subtree) {
482           // Update best choice
483           I->index = n;
484         }
485
486 #ifndef NDEBUG
487         Node *N = node(n);
488         if (isa<Constant>(V)) {
489           if (isa<Constant>(N->getValue())) {
490             assert(V == N->getValue() && "Constant equals different constant?");
491           }
492         }
493 #endif
494       }
495     }
496
497     /// addInequality - Sets n1 op n2.
498     /// It is also an error to call this on an inequality that is already true.
499     void addInequality(unsigned n1, unsigned n2, ETNode *Subtree,
500                        LatticeVal LV1) {
501       assert(n1 != n2 && "A node can't be inequal to itself.");
502
503       if (LV1 != NE)
504         assert(!isRelatedBy(n1, n2, Subtree, reversePredicate(LV1)) &&
505                "Contradictory inequality.");
506
507       Node *N1 = node(n1);
508       Node *N2 = node(n2);
509
510       // Suppose we're adding %n1 < %n2. Find all the %a < %n1 and
511       // add %a < %n2 too. This keeps the graph fully connected.
512       if (LV1 != NE) {
513         // Someone with a head for this sort of logic, please review this.
514         // Given that %x SLTUGT %y and %a SLE %x, what is the relationship
515         // between %a and %y? I believe the below code is correct, but I don't
516         // think it's the most efficient solution.
517
518         unsigned LV1_s = LV1 & (SLT_BIT|SGT_BIT);
519         unsigned LV1_u = LV1 & (ULT_BIT|UGT_BIT);
520         for (Node::iterator I = N1->begin(), E = N1->end(); I != E; ++I) {
521           if (I->LV != NE && I->To != n2) {
522             ETNode *Local_Subtree = NULL;
523             if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
524               Local_Subtree = Subtree;
525             else if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree))
526               Local_Subtree = I->Subtree;
527
528             if (Local_Subtree) {
529               unsigned new_relationship = 0;
530               LatticeVal ILV = reversePredicate(I->LV);
531               unsigned ILV_s = ILV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
532               unsigned ILV_u = ILV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
533
534               if (LV1_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == LV1_s)
535                 new_relationship |= ILV_s;
536
537               if (LV1_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == LV1_u)
538                 new_relationship |= ILV_u;
539
540               if (new_relationship) {
541                 if ((new_relationship & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
542                   new_relationship |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
543                 if ((new_relationship & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
544                   new_relationship |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
545                 if ((LV1 & EQ_BIT) && (ILV & EQ_BIT))
546                   new_relationship |= EQ_BIT;
547
548                 LatticeVal NewLV = static_cast<LatticeVal>(new_relationship);
549
550                 node(I->To)->update(n2, NewLV, Local_Subtree);
551                 N2->update(I->To, reversePredicate(NewLV), Local_Subtree);
552               }
553             }
554           }
555         }
556
557         for (Node::iterator I = N2->begin(), E = N2->end(); I != E; ++I) {
558           if (I->LV != NE && I->To != n1) {
559             ETNode *Local_Subtree = NULL;
560             if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
561               Local_Subtree = Subtree;
562             else if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree))
563               Local_Subtree = I->Subtree;
564
565             if (Local_Subtree) {
566               unsigned new_relationship = 0;
567               unsigned ILV_s = I->LV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
568               unsigned ILV_u = I->LV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
569
570               if (LV1_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == LV1_s)
571                 new_relationship |= ILV_s;
572
573               if (LV1_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == LV1_u)
574                 new_relationship |= ILV_u;
575
576               if (new_relationship) {
577                 if ((new_relationship & (SLT_BIT|SGT_BIT)) == 0)
578                   new_relationship |= (SLT_BIT|SGT_BIT);
579                 if ((new_relationship & (ULT_BIT|UGT_BIT)) == 0)
580                   new_relationship |= (ULT_BIT|UGT_BIT);
581                 if ((LV1 & EQ_BIT) && (I->LV & EQ_BIT))
582                   new_relationship |= EQ_BIT;
583
584                 LatticeVal NewLV = static_cast<LatticeVal>(new_relationship);
585
586                 N1->update(I->To, NewLV, Local_Subtree);
587                 node(I->To)->update(n1, reversePredicate(NewLV), Local_Subtree);
588               }
589             }
590           }
591         }
592       }
593
594       N1->update(n2, LV1, Subtree);
595       N2->update(n1, reversePredicate(LV1), Subtree);
596     }
597
598     /// remove - Removes a Value from the graph. If the value is the canonical
599     /// choice for a Node, destroys the Node from the graph deleting all edges
600     /// to and from it. This method does not renumber the nodes.
601     void remove(Value *V) {
602       for (unsigned i = 0; i < NodeMap.size();) {
603         NodeMapType::iterator I = NodeMap.begin()+i;
604         if (I->V == V) {
605           Node *N = node(I->index);
606           if (node(I->index)->getValue() == V) {
607             for (Node::iterator NI = N->begin(), NE = N->end(); NI != NE; ++NI){
608               Node::iterator Iter = node(NI->To)->find(I->index, TreeRoot);
609               do {
610                 node(NI->To)->Relations.erase(Iter);
611                 Iter = node(NI->To)->find(I->index, TreeRoot);
612               } while (Iter != node(NI->To)->end());
613             }
614             N->Canonical = NULL;
615           }
616           N->Relations.clear();
617           NodeMap.erase(I);
618         } else ++i;
619       }
620     }
621
622 #ifndef NDEBUG
623     virtual ~InequalityGraph() {}
624     virtual void dump() {
625       dump(*cerr.stream());
626     }
627
628     void dump(std::ostream &os) {
629     std::set<Node *> VisitedNodes;
630     for (NodeMapType::const_iterator I = NodeMap.begin(), E = NodeMap.end();
631          I != E; ++I) {
632       Node *N = node(I->index);
633       os << *I->V << " == " << I->index
634          << "(" << I->Subtree->getDFSNumIn() << ")\n";
635       if (VisitedNodes.insert(N).second) {
636         os << I->index << ". ";
637         if (!N->getValue()) os << "(deleted node)\n";
638         else N->dump(os);
639       }
640     }
641   }
642 #endif
643   };
644
645   class VRPSolver;
646
647   /// ValueRanges tracks the known integer ranges and anti-ranges of the nodes
648   /// in the InequalityGraph.
649   class VISIBILITY_HIDDEN ValueRanges {
650
651     /// A ScopedRange ties an InequalityGraph node with a ConstantRange under
652     /// the scope of a rooted subtree in the dominator tree.
653     class VISIBILITY_HIDDEN ScopedRange {
654     public:
655       ScopedRange(Value *V, ConstantRange CR, ETNode *ST)
656         : V(V), CR(CR), Subtree(ST) {}
657
658       Value *V;
659       ConstantRange CR;
660       ETNode *Subtree;
661
662       bool operator<(const ScopedRange &range) const {
663         if (V != range.V) return V < range.V;
664         else return OrderByDominance()(Subtree, range.Subtree);
665       }
666
667       bool operator<(const Value *value) const {
668         return V < value;
669       }
670     };
671
672     std::vector<ScopedRange> Ranges;
673     typedef std::vector<ScopedRange>::iterator iterator;
674
675     // XXX: this is a copy of the code in InequalityGraph::Node. Perhaps a
676     // intrusive domtree-scoped container is in order?
677
678     iterator begin() { return Ranges.begin(); }
679     iterator end()   { return Ranges.end();   }
680
681     iterator find(Value *V, ETNode *Subtree) {
682       iterator E = end();
683       for (iterator I = std::lower_bound(begin(), E, V);
684            I != E && I->V == V; ++I) {
685         if (Subtree->DominatedBy(I->Subtree))
686           return I;
687       }
688       return E;
689     }
690
691     void update(Value *V, ConstantRange CR, ETNode *Subtree) {
692       assert(!CR.isEmptySet() && "Empty ConstantRange!");
693       if (CR.isFullSet()) return;
694
695       iterator I = find(V, Subtree);
696       if (I == end()) {
697         ScopedRange range(V, CR, Subtree);
698         iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), range);
699         Ranges.insert(Insert, range);
700       } else {
701         CR = CR.intersectWith(I->CR);
702         assert(!CR.isEmptySet() && "Empty intersection of ConstantRanges!");
703
704         if (CR != I->CR) {
705           if (Subtree != I->Subtree) {
706             assert(Subtree->DominatedBy(I->Subtree) &&
707                    "Find returned subtree that doesn't apply.");
708
709             ScopedRange range(V, CR, Subtree);
710             iterator Insert = std::lower_bound(begin(), end(), range);
711             Ranges.insert(Insert, range); // invalidates I
712             I = find(V, Subtree);
713           }
714
715           // Also, we have to tighten any edge that Subtree dominates.
716           for (iterator B = begin(); I->V == V; --I) {
717             if (I->Subtree->DominatedBy(Subtree)) {
718               CR = CR.intersectWith(I->CR);
719               assert(!CR.isEmptySet() &&
720                      "Empty intersection of ConstantRanges!");
721               I->CR = CR;
722             }
723             if (I == B) break;
724           }
725         }
726       }
727     }
728
729     /// range - Creates a ConstantRange representing the set of all values
730     /// that match the ICmpInst::Predicate with any of the values in CR.
731     ConstantRange range(ICmpInst::Predicate ICmpOpcode,
732                         const ConstantRange &CR) {
733       uint32_t W = CR.getBitWidth();
734       switch (ICmpOpcode) {
735         default: assert(!"Invalid ICmp opcode to range()");
736         case ICmpInst::ICMP_EQ:
737           return ConstantRange(CR.getLower(), CR.getUpper());
738         case ICmpInst::ICMP_NE:
739           if (CR.isSingleElement())
740             return ConstantRange(CR.getUpper(), CR.getLower());
741           return ConstantRange(W);
742         case ICmpInst::ICMP_ULT:
743           return ConstantRange(APInt::getMinValue(W), CR.getUnsignedMax());
744         case ICmpInst::ICMP_SLT:
745           return ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(W), CR.getSignedMax());
746         case ICmpInst::ICMP_ULE: {
747           APInt UMax = CR.getUnsignedMax();
748           if (UMax == APInt::getMaxValue(W))
749             return ConstantRange(W);
750           return ConstantRange(APInt::getMinValue(W), UMax + 1);
751         }
752         case ICmpInst::ICMP_SLE: {
753           APInt SMax = CR.getSignedMax();
754           if (SMax     == APInt::getSignedMaxValue(W) ||
755               SMax + 1 == APInt::getSignedMaxValue(W))
756             return ConstantRange(W);
757           return ConstantRange(APInt::getSignedMinValue(W), SMax + 1);
758         }
759         case ICmpInst::ICMP_UGT:
760           return ConstantRange(CR.getUnsignedMin() + 1, 
761                                APInt::getMaxValue(W) + 1);
762         case ICmpInst::ICMP_SGT:
763           return ConstantRange(CR.getSignedMin() + 1,
764                                APInt::getSignedMaxValue(W) + 1);
765         case ICmpInst::ICMP_UGE: {
766           APInt UMin = CR.getUnsignedMin();
767           if (UMin == APInt::getMinValue(W))
768             return ConstantRange(W);
769           return ConstantRange(UMin, APInt::getMaxValue(W) + 1);
770         }
771         case ICmpInst::ICMP_SGE: {
772           APInt SMin = CR.getSignedMin();
773           if (SMin == APInt::getSignedMinValue(W))
774             return ConstantRange(W);
775           return ConstantRange(SMin, APInt::getSignedMaxValue(W) + 1);
776         }
777       }
778     }
779
780     /// create - Creates a ConstantRange that matches the given LatticeVal
781     /// relation with a given integer.
782     ConstantRange create(LatticeVal LV, const ConstantRange &CR) {
783       assert(!CR.isEmptySet() && "Can't deal with empty set.");
784
785       if (LV == NE)
786         return range(ICmpInst::ICMP_NE, CR);
787
788       unsigned LV_s = LV & (SGT_BIT|SLT_BIT);
789       unsigned LV_u = LV & (UGT_BIT|ULT_BIT);
790       bool hasEQ = LV & EQ_BIT;
791
792       ConstantRange Range(CR.getBitWidth());
793
794       if (LV_s == SGT_BIT) {
795         Range = Range.intersectWith(range(
796                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_SGE : ICmpInst::ICMP_SGT, CR));
797       } else if (LV_s == SLT_BIT) {
798         Range = Range.intersectWith(range(
799                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_SLE : ICmpInst::ICMP_SLT, CR));
800       }
801
802       if (LV_u == UGT_BIT) {
803         Range = Range.intersectWith(range(
804                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_UGE : ICmpInst::ICMP_UGT, CR));
805       } else if (LV_u == ULT_BIT) {
806         Range = Range.intersectWith(range(
807                     hasEQ ? ICmpInst::ICMP_ULE : ICmpInst::ICMP_ULT, CR));
808       }
809
810       return Range;
811     }
812
813     ConstantRange rangeFromValue(Value *V, ETNode *Subtree, uint32_t W) {
814       ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(V);
815       if (C) {
816         return ConstantRange(C->getValue());
817       } else {
818         iterator I = find(V, Subtree);
819         if (I != end())
820           return I->CR;
821       }
822       return ConstantRange(W);
823     }
824
825     static uint32_t widthOfValue(Value *V) {
826       const Type *Ty = V->getType();
827       if (const IntegerType *ITy = dyn_cast<IntegerType>(Ty))
828         return ITy->getBitWidth();
829
830       // XXX: I'd like to transform T* into the appropriate integer by
831       // bit length, however that data may not be available.
832
833       return 0;
834     }
835
836 #ifndef NDEBUG
837     bool isCanonical(Value *V, ETNode *Subtree, VRPSolver *VRP);
838 #endif
839
840   public:
841
842     bool isRelatedBy(Value *V1, Value *V2, ETNode *Subtree, LatticeVal LV) {
843       uint32_t W = widthOfValue(V1);
844       if (!W) return false;
845
846       ConstantRange CR1 = rangeFromValue(V1, Subtree, W);
847       ConstantRange CR2 = rangeFromValue(V2, Subtree, W);
848
849       // True iff all values in CR1 are LV to all values in CR2.
850       switch (LV) {
851       default: assert(!"Impossible lattice value!");
852       case NE:
853         return CR1.intersectWith(CR2).isEmptySet();
854       case ULT:
855         return CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin());
856       case ULE:
857         return CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin());
858       case UGT:
859         return CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax());
860       case UGE:
861         return CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax());
862       case SLT:
863         return CR1.getSignedMax().slt(CR2.getSignedMin());
864       case SLE:
865         return CR1.getSignedMax().sle(CR2.getSignedMin());
866       case SGT:
867         return CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax());
868       case SGE:
869         return CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax());
870       case LT:
871         return CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin()) &&
872                CR1.getSignedMax().slt(CR2.getUnsignedMin());
873       case LE:
874         return CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin()) &&
875                CR1.getSignedMax().sle(CR2.getUnsignedMin());
876       case GT:
877         return CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax()) &&
878                CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax());
879       case GE:
880         return CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax()) &&
881                CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax());
882       case SLTUGT:
883         return CR1.getSignedMax().slt(CR2.getSignedMin()) &&
884                CR1.getUnsignedMin().ugt(CR2.getUnsignedMax());
885       case SLEUGE:
886         return CR1.getSignedMax().sle(CR2.getSignedMin()) &&
887                CR1.getUnsignedMin().uge(CR2.getUnsignedMax());
888       case SGTULT:
889         return CR1.getSignedMin().sgt(CR2.getSignedMax()) &&
890                CR1.getUnsignedMax().ult(CR2.getUnsignedMin());
891       case SGEULE:
892         return CR1.getSignedMin().sge(CR2.getSignedMax()) &&
893                CR1.getUnsignedMax().ule(CR2.getUnsignedMin());
894       }
895     }
896
897     void addToWorklist(Value *V, const APInt *I, ICmpInst::Predicate Pred,
898                        VRPSolver *VRP);
899
900     void mergeInto(Value **I, unsigned n, Value *New, ETNode *Subtree,
901                    VRPSolver *VRP) {
902       assert(isCanonical(New, Subtree, VRP) && "Best choice not canonical?");
903
904       uint32_t W = widthOfValue(New);
905       if (!W) return;
906
907       ConstantRange CR_New = rangeFromValue(New, Subtree, W);
908       ConstantRange Merged = CR_New;
909
910       for (; n != 0; ++I, --n) {
911         ConstantRange CR_Kill = rangeFromValue(*I, Subtree, W);
912         if (CR_Kill.isFullSet()) continue;
913         Merged = Merged.intersectWith(CR_Kill);
914       }
915
916       if (Merged.isFullSet() || Merged == CR_New) return;
917
918       if (Merged.isSingleElement())
919         addToWorklist(New, Merged.getSingleElement(),
920                       ICmpInst::ICMP_EQ, VRP);
921       else
922         update(New, Merged, Subtree);
923     }
924
925     void addInequality(Value *V1, Value *V2, ETNode *Subtree, LatticeVal LV,
926                        VRPSolver *VRP) {
927       assert(!isRelatedBy(V1, V2, Subtree, LV) && "Asked to do useless work.");
928
929       assert(isCanonical(V1, Subtree, VRP) && "Value not canonical.");
930       assert(isCanonical(V2, Subtree, VRP) && "Value not canonical.");
931
932       if (LV == NE) return; // we can't represent those.
933       // XXX: except in the case where isSingleElement and equal to either
934       // Lower or Upper. That's probably not profitable. (Type::Int1Ty?)
935
936       uint32_t W = widthOfValue(V1);
937       if (!W) return;
938
939       ConstantRange CR1 = rangeFromValue(V1, Subtree, W);
940       ConstantRange CR2 = rangeFromValue(V2, Subtree, W);
941
942       if (!CR1.isSingleElement()) {
943         ConstantRange NewCR1 = CR1.intersectWith(create(LV, CR2));
944         if (NewCR1 != CR1) {
945           if (NewCR1.isSingleElement())
946             addToWorklist(V1, NewCR1.getSingleElement(),
947                           ICmpInst::ICMP_EQ, VRP);
948           else
949             update(V1, NewCR1, Subtree);
950         }
951       }
952
953       if (!CR2.isSingleElement()) {
954         ConstantRange NewCR2 = CR2.intersectWith(create(reversePredicate(LV),
955                                                         CR1));
956         if (NewCR2 != CR2) {
957           if (NewCR2.isSingleElement())
958             addToWorklist(V2, NewCR2.getSingleElement(),
959                           ICmpInst::ICMP_EQ, VRP);
960           else
961             update(V2, NewCR2, Subtree);
962         }
963       }
964     }
965   };
966
967   /// UnreachableBlocks keeps tracks of blocks that are for one reason or
968   /// another discovered to be unreachable. This is used to cull the graph when
969   /// analyzing instructions, and to mark blocks with the "unreachable"
970   /// terminator instruction after the function has executed.
971   class VISIBILITY_HIDDEN UnreachableBlocks {
972   private:
973     std::vector<BasicBlock *> DeadBlocks;
974
975   public:
976     /// mark - mark a block as dead
977     void mark(BasicBlock *BB) {
978       std::vector<BasicBlock *>::iterator E = DeadBlocks.end();
979       std::vector<BasicBlock *>::iterator I =
980         std::lower_bound(DeadBlocks.begin(), E, BB);
981
982       if (I == E || *I != BB) DeadBlocks.insert(I, BB);
983     }
984
985     /// isDead - returns whether a block is known to be dead already
986     bool isDead(BasicBlock *BB) {
987       std::vector<BasicBlock *>::iterator E = DeadBlocks.end();
988       std::vector<BasicBlock *>::iterator I =
989         std::lower_bound(DeadBlocks.begin(), E, BB);
990
991       return I != E && *I == BB;
992     }
993
994     /// kill - replace the dead blocks' terminator with an UnreachableInst.
995     bool kill() {
996       bool modified = false;
997       for (std::vector<BasicBlock *>::iterator I = DeadBlocks.begin(),
998            E = DeadBlocks.end(); I != E; ++I) {
999         BasicBlock *BB = *I;
1000
1001         DOUT << "unreachable block: " << BB->getName() << "\n";
1002
1003         for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB);
1004              SI != SE; ++SI) {
1005           BasicBlock *Succ = *SI;
1006           Succ->removePredecessor(BB);
1007         }
1008
1009         TerminatorInst *TI = BB->getTerminator();
1010         TI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(TI->getType()));
1011         TI->eraseFromParent();
1012         new UnreachableInst(BB);
1013         ++NumBlocks;
1014         modified = true;
1015       }
1016       DeadBlocks.clear();
1017       return modified;
1018     }
1019   };
1020
1021   /// VRPSolver keeps track of how changes to one variable affect other
1022   /// variables, and forwards changes along to the InequalityGraph. It
1023   /// also maintains the correct choice for "canonical" in the IG.
1024   /// @brief VRPSolver calculates inferences from a new relationship.
1025   class VISIBILITY_HIDDEN VRPSolver {
1026   private:
1027     friend class ValueRanges;
1028
1029     struct Operation {
1030       Value *LHS, *RHS;
1031       ICmpInst::Predicate Op;
1032
1033       BasicBlock *ContextBB;
1034       Instruction *ContextInst;
1035     };
1036     std::deque<Operation> WorkList;
1037
1038     InequalityGraph &IG;
1039     UnreachableBlocks &UB;
1040     ValueRanges &VR;
1041
1042     ETForest *Forest;
1043     ETNode *Top;
1044     BasicBlock *TopBB;
1045     Instruction *TopInst;
1046     bool &modified;
1047
1048     typedef InequalityGraph::Node Node;
1049
1050     /// IdomI - Determines whether one Instruction dominates another.
1051     bool IdomI(Instruction *I1, Instruction *I2) const {
1052       BasicBlock *BB1 = I1->getParent(),
1053                  *BB2 = I2->getParent();
1054       if (BB1 == BB2) {
1055         if (isa<TerminatorInst>(I1)) return false;
1056         if (isa<TerminatorInst>(I2)) return true;
1057         if (isa<PHINode>(I1) && !isa<PHINode>(I2)) return true;
1058         if (!isa<PHINode>(I1) && isa<PHINode>(I2)) return false;
1059
1060         for (BasicBlock::const_iterator I = BB1->begin(), E = BB1->end();
1061              I != E; ++I) {
1062           if (&*I == I1) return true;
1063           if (&*I == I2) return false;
1064         }
1065         assert(!"Instructions not found in parent BasicBlock?");
1066       } else {
1067         return Forest->properlyDominates(BB1, BB2);
1068       }
1069       return false;
1070     }
1071
1072     /// Returns true if V1 is a better canonical value than V2.
1073     bool compare(Value *V1, Value *V2) const {
1074       if (isa<Constant>(V1))
1075         return !isa<Constant>(V2);
1076       else if (isa<Constant>(V2))
1077         return false;
1078       else if (isa<Argument>(V1))
1079         return !isa<Argument>(V2);
1080       else if (isa<Argument>(V2))
1081         return false;
1082
1083       Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(V1);
1084       Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2);
1085
1086       if (!I1 || !I2)
1087         return V1->getNumUses() < V2->getNumUses();
1088
1089       return IdomI(I1, I2);
1090     }
1091
1092     // below - true if the Instruction is dominated by the current context
1093     // block or instruction
1094     bool below(Instruction *I) {
1095       if (TopInst)
1096         return IdomI(TopInst, I);
1097       else {
1098         ETNode *Node = Forest->getNodeForBlock(I->getParent());
1099         return Node->DominatedBy(Top);
1100       }
1101     }
1102
1103     bool makeEqual(Value *V1, Value *V2) {
1104       DOUT << "makeEqual(" << *V1 << ", " << *V2 << ")\n";
1105
1106       if (V1 == V2) return true;
1107
1108       if (isa<Constant>(V1) && isa<Constant>(V2))
1109         return false;
1110
1111       unsigned n1 = IG.getNode(V1, Top), n2 = IG.getNode(V2, Top);
1112
1113       if (n1 && n2) {
1114         if (n1 == n2) return true;
1115         if (IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, NE)) return false;
1116       }
1117
1118       if (n1) assert(V1 == IG.node(n1)->getValue() && "Value isn't canonical.");
1119       if (n2) assert(V2 == IG.node(n2)->getValue() && "Value isn't canonical.");
1120
1121       assert(!compare(V2, V1) && "Please order parameters to makeEqual.");
1122
1123       assert(!isa<Constant>(V2) && "Tried to remove a constant.");
1124
1125       SetVector<unsigned> Remove;
1126       if (n2) Remove.insert(n2);
1127
1128       if (n1 && n2) {
1129         // Suppose we're being told that %x == %y, and %x <= %z and %y >= %z.
1130         // We can't just merge %x and %y because the relationship with %z would
1131         // be EQ and that's invalid. What we're doing is looking for any nodes
1132         // %z such that %x <= %z and %y >= %z, and vice versa.
1133
1134         Node *N1 = IG.node(n1);
1135         Node *N2 = IG.node(n2);
1136         Node::iterator end = N2->end();
1137
1138         // Find the intersection between N1 and N2 which is dominated by
1139         // Top. If we find %x where N1 <= %x <= N2 (or >=) then add %x to
1140         // Remove.
1141         for (Node::iterator I = N1->begin(), E = N1->end(); I != E; ++I) {
1142           if (!(I->LV & EQ_BIT) || !Top->DominatedBy(I->Subtree)) continue;
1143
1144           unsigned ILV_s = I->LV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
1145           unsigned ILV_u = I->LV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
1146           Node::iterator NI = N2->find(I->To, Top);
1147           if (NI != end) {
1148             LatticeVal NILV = reversePredicate(NI->LV);
1149             unsigned NILV_s = NILV & (SLT_BIT|SGT_BIT);
1150             unsigned NILV_u = NILV & (ULT_BIT|UGT_BIT);
1151
1152             if ((ILV_s != (SLT_BIT|SGT_BIT) && ILV_s == NILV_s) ||
1153                 (ILV_u != (ULT_BIT|UGT_BIT) && ILV_u == NILV_u))
1154               Remove.insert(I->To);
1155           }
1156         }
1157
1158         // See if one of the nodes about to be removed is actually a better
1159         // canonical choice than n1.
1160         unsigned orig_n1 = n1;
1161         SetVector<unsigned>::iterator DontRemove = Remove.end();
1162         for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin()+1 /* skip n2 */,
1163              E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1164           unsigned n = *I;
1165           Value *V = IG.node(n)->getValue();
1166           if (compare(V, V1)) {
1167             V1 = V;
1168             n1 = n;
1169             DontRemove = I;
1170           }
1171         }
1172         if (DontRemove != Remove.end()) {
1173           unsigned n = *DontRemove;
1174           Remove.remove(n);
1175           Remove.insert(orig_n1);
1176         }
1177       }
1178
1179       // We'd like to allow makeEqual on two values to perform a simple
1180       // substitution without every creating nodes in the IG whenever possible.
1181       //
1182       // The first iteration through this loop operates on V2 before going
1183       // through the Remove list and operating on those too. If all of the
1184       // iterations performed simple replacements then we exit early.
1185       bool mergeIGNode = false;
1186       unsigned i = 0;
1187       for (Value *R = V2; i == 0 || i < Remove.size(); ++i) {
1188         if (i) R = IG.node(Remove[i])->getValue(); // skip n2.
1189
1190         // Try to replace the whole instruction. If we can, we're done.
1191         Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(R);
1192         if (I2 && below(I2)) {
1193           std::vector<Instruction *> ToNotify;
1194           for (Value::use_iterator UI = R->use_begin(), UE = R->use_end();
1195                UI != UE;) {
1196             Use &TheUse = UI.getUse();
1197             ++UI;
1198             if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser()))
1199               ToNotify.push_back(I);
1200           }
1201
1202           DOUT << "Simply removing " << *I2
1203                << ", replacing with " << *V1 << "\n";
1204           I2->replaceAllUsesWith(V1);
1205           // leave it dead; it'll get erased later.
1206           ++NumInstruction;
1207           modified = true;
1208
1209           for (std::vector<Instruction *>::iterator II = ToNotify.begin(),
1210                IE = ToNotify.end(); II != IE; ++II) {
1211             opsToDef(*II);
1212           }
1213
1214           continue;
1215         }
1216
1217         // Otherwise, replace all dominated uses.
1218         for (Value::use_iterator UI = R->use_begin(), UE = R->use_end();
1219              UI != UE;) {
1220           Use &TheUse = UI.getUse();
1221           ++UI;
1222           if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1223             if (below(I)) {
1224               TheUse.set(V1);
1225               modified = true;
1226               ++NumVarsReplaced;
1227               opsToDef(I);
1228             }
1229           }
1230         }
1231
1232         // If that killed the instruction, stop here.
1233         if (I2 && isInstructionTriviallyDead(I2)) {
1234           DOUT << "Killed all uses of " << *I2
1235                << ", replacing with " << *V1 << "\n";
1236           continue;
1237         }
1238
1239         // If we make it to here, then we will need to create a node for N1.
1240         // Otherwise, we can skip out early!
1241         mergeIGNode = true;
1242       }
1243
1244       if (!isa<Constant>(V1)) {
1245         if (Remove.empty()) {
1246           VR.mergeInto(&V2, 1, V1, Top, this);
1247         } else {
1248           std::vector<Value*> RemoveVals;
1249           RemoveVals.reserve(Remove.size());
1250
1251           for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(),
1252                E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1253             Value *V = IG.node(*I)->getValue();
1254             if (!V->use_empty())
1255               RemoveVals.push_back(V);
1256           }
1257           VR.mergeInto(&RemoveVals[0], RemoveVals.size(), V1, Top, this);
1258         }
1259       }
1260
1261       if (mergeIGNode) {
1262         // Create N1.
1263         if (!n1) n1 = IG.newNode(V1);
1264
1265         // Migrate relationships from removed nodes to N1.
1266         Node *N1 = IG.node(n1);
1267         for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(), E = Remove.end();
1268              I != E; ++I) {
1269           unsigned n = *I;
1270           Node *N = IG.node(n);
1271           for (Node::iterator NI = N->begin(), NE = N->end(); NI != NE; ++NI) {
1272             if (NI->Subtree->DominatedBy(Top)) {
1273               if (NI->To == n1) {
1274                 assert((NI->LV & EQ_BIT) && "Node inequal to itself.");
1275                 continue;
1276               }
1277               if (Remove.count(NI->To))
1278                 continue;
1279
1280               IG.node(NI->To)->update(n1, reversePredicate(NI->LV), Top);
1281               N1->update(NI->To, NI->LV, Top);
1282             }
1283           }
1284         }
1285
1286         // Point V2 (and all items in Remove) to N1.
1287         if (!n2)
1288           IG.addEquality(n1, V2, Top);
1289         else {
1290           for (SetVector<unsigned>::iterator I = Remove.begin(),
1291                E = Remove.end(); I != E; ++I) {
1292             IG.addEquality(n1, IG.node(*I)->getValue(), Top);
1293           }
1294         }
1295
1296         // If !Remove.empty() then V2 = Remove[0]->getValue().
1297         // Even when Remove is empty, we still want to process V2.
1298         i = 0;
1299         for (Value *R = V2; i == 0 || i < Remove.size(); ++i) {
1300           if (i) R = IG.node(Remove[i])->getValue(); // skip n2.
1301
1302           if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(R)) {
1303             if (below(I2) ||
1304                 Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I2->getParent())))
1305             defToOps(I2);
1306           }
1307           for (Value::use_iterator UI = V2->use_begin(), UE = V2->use_end();
1308                UI != UE;) {
1309             Use &TheUse = UI.getUse();
1310             ++UI;
1311             if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1312               if (below(I) ||
1313                   Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I->getParent())))
1314                 opsToDef(I);
1315             }
1316           }
1317         }
1318       }
1319
1320       // re-opsToDef all dominated users of V1.
1321       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V1)) {
1322         for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), UE = I->use_end();
1323              UI != UE;) {
1324           Use &TheUse = UI.getUse();
1325           ++UI;
1326           Value *V = TheUse.getUser();
1327           if (!V->use_empty()) {
1328             if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
1329               if (below(Inst) ||
1330                   Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(Inst->getParent())))
1331                 opsToDef(Inst);
1332             }
1333           }
1334         }
1335       }
1336
1337       return true;
1338     }
1339
1340     /// cmpInstToLattice - converts an CmpInst::Predicate to lattice value
1341     /// Requires that the lattice value be valid; does not accept ICMP_EQ.
1342     static LatticeVal cmpInstToLattice(ICmpInst::Predicate Pred) {
1343       switch (Pred) {
1344         case ICmpInst::ICMP_EQ:
1345           assert(!"No matching lattice value.");
1346           return static_cast<LatticeVal>(EQ_BIT);
1347         default:
1348           assert(!"Invalid 'icmp' predicate.");
1349         case ICmpInst::ICMP_NE:
1350           return NE;
1351         case ICmpInst::ICMP_UGT:
1352           return UGT;
1353         case ICmpInst::ICMP_UGE:
1354           return UGE;
1355         case ICmpInst::ICMP_ULT:
1356           return ULT;
1357         case ICmpInst::ICMP_ULE:
1358           return ULE;
1359         case ICmpInst::ICMP_SGT:
1360           return SGT;
1361         case ICmpInst::ICMP_SGE:
1362           return SGE;
1363         case ICmpInst::ICMP_SLT:
1364           return SLT;
1365         case ICmpInst::ICMP_SLE:
1366           return SLE;
1367       }
1368     }
1369
1370   public:
1371     VRPSolver(InequalityGraph &IG, UnreachableBlocks &UB, ValueRanges &VR,
1372               ETForest *Forest, bool &modified, BasicBlock *TopBB)
1373       : IG(IG),
1374         UB(UB),
1375         VR(VR),
1376         Forest(Forest),
1377         Top(Forest->getNodeForBlock(TopBB)),
1378         TopBB(TopBB),
1379         TopInst(NULL),
1380         modified(modified) {}
1381
1382     VRPSolver(InequalityGraph &IG, UnreachableBlocks &UB, ValueRanges &VR,
1383               ETForest *Forest, bool &modified, Instruction *TopInst)
1384       : IG(IG),
1385         UB(UB),
1386         VR(VR),
1387         Forest(Forest),
1388         TopInst(TopInst),
1389         modified(modified)
1390     {
1391       TopBB = TopInst->getParent();
1392       Top = Forest->getNodeForBlock(TopBB);
1393     }
1394
1395     bool isRelatedBy(Value *V1, Value *V2, ICmpInst::Predicate Pred) const {
1396       if (Constant *C1 = dyn_cast<Constant>(V1))
1397         if (Constant *C2 = dyn_cast<Constant>(V2))
1398           return ConstantExpr::getCompare(Pred, C1, C2) ==
1399                  ConstantInt::getTrue();
1400
1401       if (unsigned n1 = IG.getNode(V1, Top))
1402         if (unsigned n2 = IG.getNode(V2, Top)) {
1403           if (n1 == n2) return Pred == ICmpInst::ICMP_EQ ||
1404                                Pred == ICmpInst::ICMP_ULE ||
1405                                Pred == ICmpInst::ICMP_UGE ||
1406                                Pred == ICmpInst::ICMP_SLE ||
1407                                Pred == ICmpInst::ICMP_SGE;
1408           if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) return false;
1409           if (IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, cmpInstToLattice(Pred))) return true;
1410         }
1411
1412       if (Pred == ICmpInst::ICMP_EQ) return V1 == V2;
1413       return VR.isRelatedBy(V1, V2, Top, cmpInstToLattice(Pred));
1414     }
1415
1416     /// add - adds a new property to the work queue
1417     void add(Value *V1, Value *V2, ICmpInst::Predicate Pred,
1418              Instruction *I = NULL) {
1419       DOUT << "adding " << *V1 << " " << Pred << " " << *V2;
1420       if (I) DOUT << " context: " << *I;
1421       else DOUT << " default context";
1422       DOUT << "\n";
1423
1424       WorkList.push_back(Operation());
1425       Operation &O = WorkList.back();
1426       O.LHS = V1, O.RHS = V2, O.Op = Pred, O.ContextInst = I;
1427       O.ContextBB = I ? I->getParent() : TopBB;
1428     }
1429
1430     /// defToOps - Given an instruction definition that we've learned something
1431     /// new about, find any new relationships between its operands.
1432     void defToOps(Instruction *I) {
1433       Instruction *NewContext = below(I) ? I : TopInst;
1434       Value *Canonical = IG.canonicalize(I, Top);
1435
1436       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
1437         const Type *Ty = BO->getType();
1438         assert(!Ty->isFPOrFPVector() && "Float in work queue!");
1439
1440         Value *Op0 = IG.canonicalize(BO->getOperand(0), Top);
1441         Value *Op1 = IG.canonicalize(BO->getOperand(1), Top);
1442
1443         // TODO: "and i32 -1, %x" EQ %y then %x EQ %y.
1444
1445         switch (BO->getOpcode()) {
1446           case Instruction::And: {
1447             // "and i32 %a, %b" EQ -1 then %a EQ -1 and %b EQ -1
1448             ConstantInt *CI = ConstantInt::getAllOnesValue(Ty);
1449             if (Canonical == CI) {
1450               add(CI, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1451               add(CI, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1452             }
1453           } break;
1454           case Instruction::Or: {
1455             // "or i32 %a, %b" EQ 0 then %a EQ 0 and %b EQ 0
1456             Constant *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1457             if (Canonical == Zero) {
1458               add(Zero, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1459               add(Zero, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1460             }
1461           } break;
1462           case Instruction::Xor: {
1463             // "xor i32 %c, %a" EQ %b then %a EQ %c ^ %b
1464             // "xor i32 %c, %a" EQ %c then %a EQ 0
1465             // "xor i32 %c, %a" NE %c then %a NE 0
1466             // Repeat the above, with order of operands reversed.
1467             Value *LHS = Op0;
1468             Value *RHS = Op1;
1469             if (!isa<Constant>(LHS)) std::swap(LHS, RHS);
1470
1471             if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(Canonical)) {
1472               if (ConstantInt *Arg = dyn_cast<ConstantInt>(LHS)) {
1473                 add(RHS, ConstantInt::get(CI->getValue() ^ Arg->getValue()),
1474                     ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1475               }
1476             }
1477             if (Canonical == LHS) {
1478               if (isa<ConstantInt>(Canonical))
1479                 add(RHS, Constant::getNullValue(Ty), ICmpInst::ICMP_EQ,
1480                     NewContext);
1481             } else if (isRelatedBy(LHS, Canonical, ICmpInst::ICMP_NE)) {
1482               add(RHS, Constant::getNullValue(Ty), ICmpInst::ICMP_NE,
1483                   NewContext);
1484             }
1485           } break;
1486           default:
1487             break;
1488         }
1489       } else if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1490         // "icmp ult i32 %a, %y" EQ true then %a u< y
1491         // etc.
1492
1493         if (Canonical == ConstantInt::getTrue()) {
1494           add(IC->getOperand(0), IC->getOperand(1), IC->getPredicate(),
1495               NewContext);
1496         } else if (Canonical == ConstantInt::getFalse()) {
1497           add(IC->getOperand(0), IC->getOperand(1),
1498               ICmpInst::getInversePredicate(IC->getPredicate()), NewContext);
1499         }
1500       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
1501         if (I->getType()->isFPOrFPVector()) return;
1502
1503         // Given: "%a = select i1 %x, i32 %b, i32 %c"
1504         // %a EQ %b and %b NE %c then %x EQ true
1505         // %a EQ %c and %b NE %c then %x EQ false
1506
1507         Value *True  = SI->getTrueValue();
1508         Value *False = SI->getFalseValue();
1509         if (isRelatedBy(True, False, ICmpInst::ICMP_NE)) {
1510           if (Canonical == IG.canonicalize(True, Top) ||
1511               isRelatedBy(Canonical, False, ICmpInst::ICMP_NE))
1512             add(SI->getCondition(), ConstantInt::getTrue(),
1513                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1514           else if (Canonical == IG.canonicalize(False, Top) ||
1515                    isRelatedBy(Canonical, True, ICmpInst::ICMP_NE))
1516             add(SI->getCondition(), ConstantInt::getFalse(),
1517                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1518         }
1519       } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
1520         for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEPI->idx_begin(),
1521              OE = GEPI->idx_end(); OI != OE; ++OI) {
1522           ConstantInt *Op = dyn_cast<ConstantInt>(IG.canonicalize(*OI, Top));
1523           if (!Op || !Op->isZero()) return;
1524         }
1525         // TODO: The GEPI indices are all zero. Copy from definition to operand,
1526         // jumping the type plane as needed.
1527         if (isRelatedBy(GEPI, Constant::getNullValue(GEPI->getType()),
1528                         ICmpInst::ICMP_NE)) {
1529           Value *Ptr = GEPI->getPointerOperand();
1530           add(Ptr, Constant::getNullValue(Ptr->getType()), ICmpInst::ICMP_NE,
1531               NewContext);
1532         }
1533       }
1534       // TODO: CastInst "%a = cast ... %b" where %a is EQ or NE a constant.
1535     }
1536
1537     /// opsToDef - A new relationship was discovered involving one of this
1538     /// instruction's operands. Find any new relationship involving the
1539     /// definition, or another operand.
1540     void opsToDef(Instruction *I) {
1541       Instruction *NewContext = below(I) ? I : TopInst;
1542
1543       if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
1544         Value *Op0 = IG.canonicalize(BO->getOperand(0), Top);
1545         Value *Op1 = IG.canonicalize(BO->getOperand(1), Top);
1546
1547         if (ConstantInt *CI0 = dyn_cast<ConstantInt>(Op0))
1548           if (ConstantInt *CI1 = dyn_cast<ConstantInt>(Op1)) {
1549             add(BO, ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), CI0, CI1),
1550                 ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1551             return;
1552           }
1553
1554         // "%y = and i1 true, %x" then %x EQ %y
1555         // "%y = or i1 false, %x" then %x EQ %y
1556         // "%x = add i32 %y, 0" then %x EQ %y
1557         // "%x = mul i32 %y, 0" then %x EQ 0
1558
1559         Instruction::BinaryOps Opcode = BO->getOpcode();
1560         const Type *Ty = BO->getType();
1561         assert(!Ty->isFPOrFPVector() && "Float in work queue!");
1562
1563         Constant *Zero = Constant::getNullValue(Ty);
1564         Constant *AllOnes = ConstantInt::getAllOnesValue(Ty);
1565
1566         switch (Opcode) {
1567           default: break;
1568           case Instruction::LShr:
1569           case Instruction::AShr:
1570           case Instruction::Shl:
1571           case Instruction::Sub:
1572             if (Op1 == Zero) {
1573               add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1574               return;
1575             }
1576             break;
1577           case Instruction::Or:
1578             if (Op0 == AllOnes || Op1 == AllOnes) {
1579               add(BO, AllOnes, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1580               return;
1581             } // fall-through
1582           case Instruction::Xor:
1583           case Instruction::Add:
1584             if (Op0 == Zero) {
1585               add(BO, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1586               return;
1587             } else if (Op1 == Zero) {
1588               add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1589               return;
1590             }
1591             break;
1592           case Instruction::And:
1593             if (Op0 == AllOnes) {
1594               add(BO, Op1, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1595               return;
1596             } else if (Op1 == AllOnes) {
1597               add(BO, Op0, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1598               return;
1599             }
1600             // fall-through
1601           case Instruction::Mul:
1602             if (Op0 == Zero || Op1 == Zero) {
1603               add(BO, Zero, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1604               return;
1605             }
1606             break;
1607         }
1608
1609         // "%x = add i32 %y, %z" and %x EQ %y then %z EQ 0
1610         // "%x = add i32 %y, %z" and %x EQ %z then %y EQ 0
1611         // "%x = shl i32 %y, %z" and %x EQ %y and %y NE 0 then %z EQ 0
1612         // "%x = udiv i32 %y, %z" and %x EQ %y then %z EQ 1
1613
1614         Value *Known = Op0, *Unknown = Op1,
1615               *TheBO = IG.canonicalize(BO, Top);
1616         if (Known != TheBO) std::swap(Known, Unknown);
1617         if (Known == TheBO) {
1618           switch (Opcode) {
1619             default: break;
1620             case Instruction::LShr:
1621             case Instruction::AShr:
1622             case Instruction::Shl:
1623               if (!isRelatedBy(Known, Zero, ICmpInst::ICMP_NE)) break;
1624               // otherwise, fall-through.
1625             case Instruction::Sub:
1626               if (Unknown == Op1) break;
1627               // otherwise, fall-through.
1628             case Instruction::Xor:
1629             case Instruction::Add:
1630               add(Unknown, Zero, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1631               break;
1632             case Instruction::UDiv:
1633             case Instruction::SDiv:
1634               if (Unknown == Op1) break;
1635               if (isRelatedBy(Known, Zero, ICmpInst::ICMP_NE)) {
1636                 Constant *One = ConstantInt::get(Ty, 1);
1637                 add(Unknown, One, ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1638               }
1639               break;
1640           }
1641         }
1642
1643         // TODO: "%a = add i32 %b, 1" and %b > %z then %a >= %z.
1644
1645       } else if (ICmpInst *IC = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
1646         // "%a = icmp ult i32 %b, %c" and %b u<  %c then %a EQ true
1647         // "%a = icmp ult i32 %b, %c" and %b u>= %c then %a EQ false
1648         // etc.
1649
1650         Value *Op0 = IG.canonicalize(IC->getOperand(0), Top);
1651         Value *Op1 = IG.canonicalize(IC->getOperand(1), Top);
1652
1653         ICmpInst::Predicate Pred = IC->getPredicate();
1654         if (isRelatedBy(Op0, Op1, Pred)) {
1655           add(IC, ConstantInt::getTrue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1656         } else if (isRelatedBy(Op0, Op1, ICmpInst::getInversePredicate(Pred))) {
1657           add(IC, ConstantInt::getFalse(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1658         }
1659
1660       } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
1661         if (I->getType()->isFPOrFPVector()) return;
1662
1663         // Given: "%a = select i1 %x, i32 %b, i32 %c"
1664         // %x EQ true  then %a EQ %b
1665         // %x EQ false then %a EQ %c
1666         // %b EQ %c then %a EQ %b
1667
1668         Value *Canonical = IG.canonicalize(SI->getCondition(), Top);
1669         if (Canonical == ConstantInt::getTrue()) {
1670           add(SI, SI->getTrueValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1671         } else if (Canonical == ConstantInt::getFalse()) {
1672           add(SI, SI->getFalseValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1673         } else if (IG.canonicalize(SI->getTrueValue(), Top) ==
1674                    IG.canonicalize(SI->getFalseValue(), Top)) {
1675           add(SI, SI->getTrueValue(), ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1676         }
1677       } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
1678         const Type *Ty = CI->getDestTy();
1679         if (Ty->isFPOrFPVector()) return;
1680
1681         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(
1682                 IG.canonicalize(CI->getOperand(0), Top))) {
1683           add(CI, ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(), C, Ty),
1684               ICmpInst::ICMP_EQ, NewContext);
1685         }
1686
1687         // TODO: "%a = cast ... %b" where %b is NE/LT/GT a constant.
1688       } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
1689         for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEPI->idx_begin(),
1690              OE = GEPI->idx_end(); OI != OE; ++OI) {
1691           ConstantInt *Op = dyn_cast<ConstantInt>(IG.canonicalize(*OI, Top));
1692           if (!Op || !Op->isZero()) return;
1693         }
1694         // TODO: The GEPI indices are all zero. Copy from operand to definition,
1695         // jumping the type plane as needed.
1696         Value *Ptr = GEPI->getPointerOperand();
1697         if (isRelatedBy(Ptr, Constant::getNullValue(Ptr->getType()),
1698                         ICmpInst::ICMP_NE)) {
1699           add(GEPI, Constant::getNullValue(GEPI->getType()), ICmpInst::ICMP_NE,
1700               NewContext);
1701         }
1702       }
1703     }
1704
1705     /// solve - process the work queue
1706     /// Return false if a logical contradiction occurs.
1707     void solve() {
1708       //DOUT << "WorkList entry, size: " << WorkList.size() << "\n";
1709       while (!WorkList.empty()) {
1710         //DOUT << "WorkList size: " << WorkList.size() << "\n";
1711
1712         Operation &O = WorkList.front();
1713         TopInst = O.ContextInst;
1714         TopBB = O.ContextBB;
1715         Top = Forest->getNodeForBlock(TopBB);
1716
1717         O.LHS = IG.canonicalize(O.LHS, Top);
1718         O.RHS = IG.canonicalize(O.RHS, Top);
1719
1720         assert(O.LHS == IG.canonicalize(O.LHS, Top) && "Canonicalize isn't.");
1721         assert(O.RHS == IG.canonicalize(O.RHS, Top) && "Canonicalize isn't.");
1722
1723         DOUT << "solving " << *O.LHS << " " << O.Op << " " << *O.RHS;
1724         if (O.ContextInst) DOUT << " context inst: " << *O.ContextInst;
1725         else DOUT << " context block: " << O.ContextBB->getName();
1726         DOUT << "\n";
1727
1728         DEBUG(IG.dump());
1729
1730         // If they're both Constant, skip it. Check for contradiction and mark
1731         // the BB as unreachable if so.
1732         if (Constant *CI_L = dyn_cast<Constant>(O.LHS)) {
1733           if (Constant *CI_R = dyn_cast<Constant>(O.RHS)) {
1734             if (ConstantExpr::getCompare(O.Op, CI_L, CI_R) ==
1735                 ConstantInt::getFalse())
1736               UB.mark(TopBB);
1737
1738             WorkList.pop_front();
1739             continue;
1740           }
1741         }
1742
1743         if (compare(O.LHS, O.RHS)) {
1744           std::swap(O.LHS, O.RHS);
1745           O.Op = ICmpInst::getSwappedPredicate(O.Op);
1746         }
1747
1748         if (O.Op == ICmpInst::ICMP_EQ) {
1749           if (!makeEqual(O.RHS, O.LHS))
1750             UB.mark(TopBB);
1751         } else {
1752           LatticeVal LV = cmpInstToLattice(O.Op);
1753
1754           if ((LV & EQ_BIT) &&
1755               isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, ICmpInst::getSwappedPredicate(O.Op))) {
1756             if (!makeEqual(O.RHS, O.LHS))
1757               UB.mark(TopBB);
1758           } else {
1759             if (isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, ICmpInst::getInversePredicate(O.Op))){
1760               UB.mark(TopBB);
1761               WorkList.pop_front();
1762               continue;
1763             }
1764
1765             unsigned n1 = IG.getNode(O.LHS, Top);
1766             unsigned n2 = IG.getNode(O.RHS, Top);
1767
1768             if (n1 && n1 == n2) {
1769               if (O.Op != ICmpInst::ICMP_UGE && O.Op != ICmpInst::ICMP_ULE &&
1770                   O.Op != ICmpInst::ICMP_SGE && O.Op != ICmpInst::ICMP_SLE)
1771                 UB.mark(TopBB);
1772
1773               WorkList.pop_front();
1774               continue;
1775             }
1776
1777             if (VR.isRelatedBy(O.LHS, O.RHS, Top, LV) ||
1778                 (n1 && n2 && IG.isRelatedBy(n1, n2, Top, LV))) {
1779               WorkList.pop_front();
1780               continue;
1781             }
1782
1783             VR.addInequality(O.LHS, O.RHS, Top, LV, this);
1784             if ((!isa<ConstantInt>(O.RHS) && !isa<ConstantInt>(O.LHS)) ||
1785                 LV == NE) {
1786               if (!n1) n1 = IG.newNode(O.LHS);
1787               if (!n2) n2 = IG.newNode(O.RHS);
1788               IG.addInequality(n1, n2, Top, LV);
1789             }
1790
1791             if (Instruction *I1 = dyn_cast<Instruction>(O.LHS)) {
1792               if (below(I1) ||
1793                   Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I1->getParent())))
1794                 defToOps(I1);
1795             }
1796             if (isa<Instruction>(O.LHS) || isa<Argument>(O.LHS)) {
1797               for (Value::use_iterator UI = O.LHS->use_begin(),
1798                    UE = O.LHS->use_end(); UI != UE;) {
1799                 Use &TheUse = UI.getUse();
1800                 ++UI;
1801                 if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1802                   if (below(I) ||
1803                       Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I->getParent())))
1804                     opsToDef(I);
1805                 }
1806               }
1807             }
1808             if (Instruction *I2 = dyn_cast<Instruction>(O.RHS)) {
1809               if (below(I2) ||
1810                   Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I2->getParent())))
1811               defToOps(I2);
1812             }
1813             if (isa<Instruction>(O.RHS) || isa<Argument>(O.RHS)) {
1814               for (Value::use_iterator UI = O.RHS->use_begin(),
1815                    UE = O.RHS->use_end(); UI != UE;) {
1816                 Use &TheUse = UI.getUse();
1817                 ++UI;
1818                 if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(TheUse.getUser())) {
1819                   if (below(I) ||
1820                       Top->DominatedBy(Forest->getNodeForBlock(I->getParent())))
1821
1822                     opsToDef(I);
1823                 }
1824               }
1825             }
1826           }
1827         }
1828         WorkList.pop_front();
1829       }
1830     }
1831   };
1832
1833   void ValueRanges::addToWorklist(Value *V, const APInt *I,
1834                                   ICmpInst::Predicate Pred, VRPSolver *VRP) {
1835     VRP->add(V, ConstantInt::get(*I), Pred, VRP->TopInst);
1836   }
1837
1838 #ifndef NDEBUG
1839   bool ValueRanges::isCanonical(Value *V, ETNode *Subtree, VRPSolver *VRP) {
1840     return V == VRP->IG.canonicalize(V, Subtree);
1841   }
1842 #endif
1843
1844   /// PredicateSimplifier - This class is a simplifier that replaces
1845   /// one equivalent variable with another. It also tracks what
1846   /// can't be equal and will solve setcc instructions when possible.
1847   /// @brief Root of the predicate simplifier optimization.
1848   class VISIBILITY_HIDDEN PredicateSimplifier : public FunctionPass {
1849     DominatorTree *DT;
1850     ETForest *Forest;
1851     bool modified;
1852     InequalityGraph *IG;
1853     UnreachableBlocks UB;
1854     ValueRanges *VR;
1855
1856     std::vector<DominatorTree::Node *> WorkList;
1857
1858   public:
1859     bool runOnFunction(Function &F);
1860
1861     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1862       AU.addRequiredID(BreakCriticalEdgesID);
1863       AU.addRequired<DominatorTree>();
1864       AU.addRequired<ETForest>();
1865     }
1866
1867   private:
1868     /// Forwards - Adds new properties into PropertySet and uses them to
1869     /// simplify instructions. Because new properties sometimes apply to
1870     /// a transition from one BasicBlock to another, this will use the
1871     /// PredicateSimplifier::proceedToSuccessor(s) interface to enter the
1872     /// basic block with the new PropertySet.
1873     /// @brief Performs abstract execution of the program.
1874     class VISIBILITY_HIDDEN Forwards : public InstVisitor<Forwards> {
1875       friend class InstVisitor<Forwards>;
1876       PredicateSimplifier *PS;
1877       DominatorTree::Node *DTNode;
1878
1879     public:
1880       InequalityGraph &IG;
1881       UnreachableBlocks &UB;
1882       ValueRanges &VR;
1883
1884       Forwards(PredicateSimplifier *PS, DominatorTree::Node *DTNode)
1885         : PS(PS), DTNode(DTNode), IG(*PS->IG), UB(PS->UB), VR(*PS->VR) {}
1886
1887       void visitTerminatorInst(TerminatorInst &TI);
1888       void visitBranchInst(BranchInst &BI);
1889       void visitSwitchInst(SwitchInst &SI);
1890
1891       void visitAllocaInst(AllocaInst &AI);
1892       void visitLoadInst(LoadInst &LI);
1893       void visitStoreInst(StoreInst &SI);
1894
1895       void visitSExtInst(SExtInst &SI);
1896       void visitZExtInst(ZExtInst &ZI);
1897
1898       void visitBinaryOperator(BinaryOperator &BO);
1899       void visitICmpInst(ICmpInst &IC);
1900     };
1901   
1902     // Used by terminator instructions to proceed from the current basic
1903     // block to the next. Verifies that "current" dominates "next",
1904     // then calls visitBasicBlock.
1905     void proceedToSuccessors(DominatorTree::Node *Current) {
1906       for (DominatorTree::Node::iterator I = Current->begin(),
1907            E = Current->end(); I != E; ++I) {
1908         WorkList.push_back(*I);
1909       }
1910     }
1911
1912     void proceedToSuccessor(DominatorTree::Node *Next) {
1913       WorkList.push_back(Next);
1914     }
1915
1916     // Visits each instruction in the basic block.
1917     void visitBasicBlock(DominatorTree::Node *Node) {
1918       BasicBlock *BB = Node->getBlock();
1919       ETNode *ET = Forest->getNodeForBlock(BB);
1920       DOUT << "Entering Basic Block: " << BB->getName()
1921            << " (" << ET->getDFSNumIn() << ")\n";
1922       for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E;) {
1923         visitInstruction(I++, Node, ET);
1924       }
1925     }
1926
1927     // Tries to simplify each Instruction and add new properties to
1928     // the PropertySet.
1929     void visitInstruction(Instruction *I, DominatorTree::Node *DT, ETNode *ET) {
1930       DOUT << "Considering instruction " << *I << "\n";
1931       DEBUG(IG->dump());
1932
1933       // Sometimes instructions are killed in earlier analysis.
1934       if (isInstructionTriviallyDead(I)) {
1935         ++NumSimple;
1936         modified = true;
1937         IG->remove(I);
1938         I->eraseFromParent();
1939         return;
1940       }
1941
1942 #ifndef NDEBUG
1943       // Try to replace the whole instruction.
1944       Value *V = IG->canonicalize(I, ET);
1945       assert(V == I && "Late instruction canonicalization.");
1946       if (V != I) {
1947         modified = true;
1948         ++NumInstruction;
1949         DOUT << "Removing " << *I << ", replacing with " << *V << "\n";
1950         IG->remove(I);
1951         I->replaceAllUsesWith(V);
1952         I->eraseFromParent();
1953         return;
1954       }
1955
1956       // Try to substitute operands.
1957       for (unsigned i = 0, e = I->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1958         Value *Oper = I->getOperand(i);
1959         Value *V = IG->canonicalize(Oper, ET);
1960         assert(V == Oper && "Late operand canonicalization.");
1961         if (V != Oper) {
1962           modified = true;
1963           ++NumVarsReplaced;
1964           DOUT << "Resolving " << *I;
1965           I->setOperand(i, V);
1966           DOUT << " into " << *I;
1967         }
1968       }
1969 #endif
1970
1971       std::string name = I->getParent()->getName();
1972       DOUT << "push (%" << name << ")\n";
1973       Forwards visit(this, DT);
1974       visit.visit(*I);
1975       DOUT << "pop (%" << name << ")\n";
1976     }
1977   };
1978
1979   bool PredicateSimplifier::runOnFunction(Function &F) {
1980     DT = &getAnalysis<DominatorTree>();
1981     Forest = &getAnalysis<ETForest>();
1982
1983     Forest->updateDFSNumbers(); // XXX: should only act when numbers are out of date
1984
1985     DOUT << "Entering Function: " << F.getName() << "\n";
1986
1987     modified = false;
1988     BasicBlock *RootBlock = &F.getEntryBlock();
1989     IG = new InequalityGraph(Forest->getNodeForBlock(RootBlock));
1990     VR = new ValueRanges();
1991     WorkList.push_back(DT->getRootNode());
1992
1993     do {
1994       DominatorTree::Node *DTNode = WorkList.back();
1995       WorkList.pop_back();
1996       if (!UB.isDead(DTNode->getBlock())) visitBasicBlock(DTNode);
1997     } while (!WorkList.empty());
1998
1999     delete VR;
2000     delete IG;
2001
2002     modified |= UB.kill();
2003
2004     return modified;
2005   }
2006
2007   void PredicateSimplifier::Forwards::visitTerminatorInst(TerminatorInst &TI) {
2008     PS->proceedToSuccessors(DTNode);
2009   }
2010
2011   void PredicateSimplifier::Forwards::visitBranchInst(BranchInst &BI) {
2012     if (BI.isUnconditional()) {
2013       PS->proceedToSuccessors(DTNode);
2014       return;
2015     }
2016
2017     Value *Condition = BI.getCondition();
2018     BasicBlock *TrueDest  = BI.getSuccessor(0);
2019     BasicBlock *FalseDest = BI.getSuccessor(1);
2020
2021     if (isa<Constant>(Condition) || TrueDest == FalseDest) {
2022       PS->proceedToSuccessors(DTNode);
2023       return;
2024     }
2025
2026     for (DominatorTree::Node::iterator I = DTNode->begin(), E = DTNode->end();
2027          I != E; ++I) {
2028       BasicBlock *Dest = (*I)->getBlock();
2029       DOUT << "Branch thinking about %" << Dest->getName()
2030            << "(" << PS->Forest->getNodeForBlock(Dest)->getDFSNumIn() << ")\n";
2031
2032       if (Dest == TrueDest) {
2033         DOUT << "(" << DTNode->getBlock()->getName() << ") true set:\n";
2034         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, Dest);
2035         VRP.add(ConstantInt::getTrue(), Condition, ICmpInst::ICMP_EQ);
2036         VRP.solve();
2037         DEBUG(IG.dump());
2038       } else if (Dest == FalseDest) {
2039         DOUT << "(" << DTNode->getBlock()->getName() << ") false set:\n";
2040         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, Dest);
2041         VRP.add(ConstantInt::getFalse(), Condition, ICmpInst::ICMP_EQ);
2042         VRP.solve();
2043         DEBUG(IG.dump());
2044       }
2045
2046       PS->proceedToSuccessor(*I);
2047     }
2048   }
2049
2050   void PredicateSimplifier::Forwards::visitSwitchInst(SwitchInst &SI) {
2051     Value *Condition = SI.getCondition();
2052
2053     // Set the EQProperty in each of the cases BBs, and the NEProperties
2054     // in the default BB.
2055
2056     for (DominatorTree::Node::iterator I = DTNode->begin(), E = DTNode->end();
2057          I != E; ++I) {
2058       BasicBlock *BB = (*I)->getBlock();
2059       DOUT << "Switch thinking about BB %" << BB->getName()
2060            << "(" << PS->Forest->getNodeForBlock(BB)->getDFSNumIn() << ")\n";
2061
2062       VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, BB);
2063       if (BB == SI.getDefaultDest()) {
2064         for (unsigned i = 1, e = SI.getNumCases(); i < e; ++i)
2065           if (SI.getSuccessor(i) != BB)
2066             VRP.add(Condition, SI.getCaseValue(i), ICmpInst::ICMP_NE);
2067         VRP.solve();
2068       } else if (ConstantInt *CI = SI.findCaseDest(BB)) {
2069         VRP.add(Condition, CI, ICmpInst::ICMP_EQ);
2070         VRP.solve();
2071       }
2072       PS->proceedToSuccessor(*I);
2073     }
2074   }
2075
2076   void PredicateSimplifier::Forwards::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
2077     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &AI);
2078     VRP.add(Constant::getNullValue(AI.getType()), &AI, ICmpInst::ICMP_NE);
2079     VRP.solve();
2080   }
2081
2082   void PredicateSimplifier::Forwards::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
2083     Value *Ptr = LI.getPointerOperand();
2084     // avoid "load uint* null" -> null NE null.
2085     if (isa<Constant>(Ptr)) return;
2086
2087     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &LI);
2088     VRP.add(Constant::getNullValue(Ptr->getType()), Ptr, ICmpInst::ICMP_NE);
2089     VRP.solve();
2090   }
2091
2092   void PredicateSimplifier::Forwards::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
2093     Value *Ptr = SI.getPointerOperand();
2094     if (isa<Constant>(Ptr)) return;
2095
2096     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &SI);
2097     VRP.add(Constant::getNullValue(Ptr->getType()), Ptr, ICmpInst::ICMP_NE);
2098     VRP.solve();
2099   }
2100
2101   void PredicateSimplifier::Forwards::visitSExtInst(SExtInst &SI) {
2102     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &SI);
2103     uint32_t SrcBitWidth = cast<IntegerType>(SI.getSrcTy())->getBitWidth();
2104     uint32_t DstBitWidth = cast<IntegerType>(SI.getDestTy())->getBitWidth();
2105     APInt Min(APInt::getSignedMinValue(SrcBitWidth));
2106     APInt Max(APInt::getSignedMaxValue(SrcBitWidth));
2107     Min.sext(DstBitWidth);
2108     Max.sext(DstBitWidth);
2109     VRP.add(ConstantInt::get(Min), &SI, ICmpInst::ICMP_SLE);
2110     VRP.add(ConstantInt::get(Max), &SI, ICmpInst::ICMP_SGE);
2111     VRP.solve();
2112   }
2113
2114   void PredicateSimplifier::Forwards::visitZExtInst(ZExtInst &ZI) {
2115     VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &ZI);
2116     uint32_t SrcBitWidth = cast<IntegerType>(ZI.getSrcTy())->getBitWidth();
2117     uint32_t DstBitWidth = cast<IntegerType>(ZI.getDestTy())->getBitWidth();
2118     APInt Max(APInt::getMaxValue(SrcBitWidth));
2119     Max.zext(DstBitWidth);
2120     VRP.add(ConstantInt::get(Max), &ZI, ICmpInst::ICMP_UGE);
2121     VRP.solve();
2122   }
2123
2124   void PredicateSimplifier::Forwards::visitBinaryOperator(BinaryOperator &BO) {
2125     Instruction::BinaryOps ops = BO.getOpcode();
2126
2127     switch (ops) {
2128     default: break;
2129       case Instruction::URem:
2130       case Instruction::SRem:
2131       case Instruction::UDiv:
2132       case Instruction::SDiv: {
2133         Value *Divisor = BO.getOperand(1);
2134         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2135         VRP.add(Constant::getNullValue(Divisor->getType()), Divisor,
2136                 ICmpInst::ICMP_NE);
2137         VRP.solve();
2138         break;
2139       }
2140     }
2141
2142     switch (ops) {
2143       default: break;
2144       case Instruction::Shl: {
2145         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2146         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_UGE);
2147         VRP.solve();
2148       } break;
2149       case Instruction::AShr: {
2150         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2151         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_SLE);
2152         VRP.solve();
2153       } break;
2154       case Instruction::LShr:
2155       case Instruction::UDiv: {
2156         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2157         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_ULE);
2158         VRP.solve();
2159       } break;
2160       case Instruction::URem: {
2161         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2162         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_ULE);
2163         VRP.solve();
2164       } break;
2165       case Instruction::And: {
2166         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2167         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_ULE);
2168         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_ULE);
2169         VRP.solve();
2170       } break;
2171       case Instruction::Or: {
2172         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &BO);
2173         VRP.add(&BO, BO.getOperand(0), ICmpInst::ICMP_UGE);
2174         VRP.add(&BO, BO.getOperand(1), ICmpInst::ICMP_UGE);
2175         VRP.solve();
2176       } break;
2177     }
2178   }
2179
2180   void PredicateSimplifier::Forwards::visitICmpInst(ICmpInst &IC) {
2181     // If possible, squeeze the ICmp predicate into something simpler.
2182     // Eg., if x = [0, 4) and we're being asked icmp uge %x, 3 then change
2183     // the predicate to eq.
2184
2185     // XXX: once we do full PHI handling, modifying the instruction in the
2186     // Forwards visitor will cause missed optimizations.
2187
2188     ICmpInst::Predicate Pred = IC.getPredicate();
2189
2190     switch (Pred) {
2191       default: break;
2192       case ICmpInst::ICMP_ULE: Pred = ICmpInst::ICMP_ULT; break;
2193       case ICmpInst::ICMP_UGE: Pred = ICmpInst::ICMP_UGT; break;
2194       case ICmpInst::ICMP_SLE: Pred = ICmpInst::ICMP_SLT; break;
2195       case ICmpInst::ICMP_SGE: Pred = ICmpInst::ICMP_SGT; break;
2196     }
2197     if (Pred != IC.getPredicate()) {
2198       VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &IC);
2199       if (VRP.isRelatedBy(IC.getOperand(1), IC.getOperand(0),
2200                           ICmpInst::ICMP_NE)) {
2201         ++NumSnuggle;
2202         PS->modified = true;
2203         IC.setPredicate(Pred);
2204       }
2205     }
2206
2207     Pred = IC.getPredicate();
2208
2209     if (ConstantInt *Op1 = dyn_cast<ConstantInt>(IC.getOperand(1))) {
2210       ConstantInt *NextVal = 0;
2211       switch (Pred) {
2212         default: break;
2213         case ICmpInst::ICMP_SLT:
2214         case ICmpInst::ICMP_ULT:
2215           if (Op1->getValue() != 0)
2216             NextVal = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getSub(
2217                           Op1, ConstantInt::get(Op1->getType(), 1)));
2218          break;
2219         case ICmpInst::ICMP_SGT:
2220         case ICmpInst::ICMP_UGT:
2221           if (!Op1->getValue().isAllOnesValue())
2222             NextVal = cast<ConstantInt>(ConstantExpr::getAdd(
2223                           Op1, ConstantInt::get(Op1->getType(), 1)));
2224          break;
2225
2226       }
2227       if (NextVal) {
2228         VRPSolver VRP(IG, UB, VR, PS->Forest, PS->modified, &IC);
2229         if (VRP.isRelatedBy(IC.getOperand(0), NextVal,
2230                             ICmpInst::getInversePredicate(Pred))) {
2231           ICmpInst *NewIC = new ICmpInst(ICmpInst::ICMP_EQ, IC.getOperand(0),
2232                                          NextVal, "", &IC);
2233           NewIC->takeName(&IC);
2234           IC.replaceAllUsesWith(NewIC);
2235           IG.remove(&IC); // XXX: prove this isn't necessary
2236           IC.eraseFromParent();
2237           ++NumSnuggle;
2238           PS->modified = true;
2239         }
2240       }
2241     }
2242   }
2243
2244   RegisterPass<PredicateSimplifier> X("predsimplify",
2245                                       "Predicate Simplifier");
2246 }
2247
2248 FunctionPass *llvm::createPredicateSimplifierPass() {
2249   return new PredicateSimplifier();
2250 }