third time is the charm.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Utils / SimplifyCFG.cpp
1 //===- SimplifyCFG.cpp - Code to perform CFG simplification ---------------===//
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 // Peephole optimize the CFG.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
15 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
16 #include "llvm/Constants.h"
17 #include "llvm/Instructions.h"
18 #include "llvm/Type.h"
19 #include "llvm/DerivedTypes.h"
20 #include "llvm/Support/CFG.h"
21 #include "llvm/Support/Debug.h"
22 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
23 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
25 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
26 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
27 #include <algorithm>
28 #include <functional>
29 #include <set>
30 #include <map>
31 using namespace llvm;
32
33 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
34
35 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
36 /// terminator instructions together.
37 ///
38 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
39   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
40   
41   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
42   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
43   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
44   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
45   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
46   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
47   
48   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
49     if (SI1Succs.count(*I))
50       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
51            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
52         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
53         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
54             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
55           return false;
56       }
57         
58   return true;
59 }
60
61 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
62 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
63 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
64 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
65 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
66                                   BasicBlock *ExistPred) {
67   assert(std::find(succ_begin(ExistPred), succ_end(ExistPred), Succ) !=
68          succ_end(ExistPred) && "ExistPred is not a predecessor of Succ!");
69   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
70   
71   PHINode *PN;
72   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
73        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
74     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
75 }
76
77 // CanPropagatePredecessorsForPHIs - Return true if we can fold BB, an
78 // almost-empty BB ending in an unconditional branch to Succ, into succ.
79 //
80 // Assumption: Succ is the single successor for BB.
81 //
82 static bool CanPropagatePredecessorsForPHIs(BasicBlock *BB, BasicBlock *Succ) {
83   assert(*succ_begin(BB) == Succ && "Succ is not successor of BB!");
84
85   DOUT << "Looking to fold " << BB->getNameStart() << " into " 
86        << Succ->getNameStart() << "\n";
87   // Shortcut, if there is only a single predecessor is must be BB and merging
88   // is always safe
89   if (Succ->getSinglePredecessor()) return true;
90
91   typedef SmallPtrSet<Instruction*, 16> InstrSet;
92   InstrSet BBPHIs;
93
94   // Make a list of all phi nodes in BB
95   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
96   while (isa<PHINode>(*BBI)) BBPHIs.insert(BBI++);
97
98   // Make a list of the predecessors of BB
99   typedef SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> BlockSet;
100   BlockSet BBPreds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
101
102   // Use that list to make another list of common predecessors of BB and Succ
103   BlockSet CommonPreds;
104   for (pred_iterator PI = pred_begin(Succ), PE = pred_end(Succ);
105         PI != PE; ++PI)
106     if (BBPreds.count(*PI))
107       CommonPreds.insert(*PI);
108
109   // Shortcut, if there are no common predecessors, merging is always safe
110   if (CommonPreds.empty())
111     return true;
112   
113   // Look at all the phi nodes in Succ, to see if they present a conflict when
114   // merging these blocks
115   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
116     PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
117
118     // If the incoming value from BB is again a PHINode in
119     // BB which has the same incoming value for *PI as PN does, we can
120     // merge the phi nodes and then the blocks can still be merged
121     PHINode *BBPN = dyn_cast<PHINode>(PN->getIncomingValueForBlock(BB));
122     if (BBPN && BBPN->getParent() == BB) {
123       for (BlockSet::iterator PI = CommonPreds.begin(), PE = CommonPreds.end();
124             PI != PE; PI++) {
125         if (BBPN->getIncomingValueForBlock(*PI) 
126               != PN->getIncomingValueForBlock(*PI)) {
127           DOUT << "Can't fold, phi node " << *PN->getNameStart() << " in " 
128                << Succ->getNameStart() << " is conflicting with " 
129                << BBPN->getNameStart() << " with regard to common predecessor "
130                << (*PI)->getNameStart() << "\n";
131           return false;
132         }
133       }
134       // Remove this phinode from the list of phis in BB, since it has been
135       // handled.
136       BBPHIs.erase(BBPN);
137     } else {
138       Value* Val = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
139       for (BlockSet::iterator PI = CommonPreds.begin(), PE = CommonPreds.end();
140             PI != PE; PI++) {
141         // See if the incoming value for the common predecessor is equal to the
142         // one for BB, in which case this phi node will not prevent the merging
143         // of the block.
144         if (Val != PN->getIncomingValueForBlock(*PI)) {
145           DOUT << "Can't fold, phi node " << *PN->getNameStart() << " in " 
146           << Succ->getNameStart() << " is conflicting with regard to common "
147           << "predecessor " << (*PI)->getNameStart() << "\n";
148           return false;
149         }
150       }
151     }
152   }
153
154   // If there are any other phi nodes in BB that don't have a phi node in Succ
155   // to merge with, they must be moved to Succ completely. However, for any
156   // predecessors of Succ, branches will be added to the phi node that just
157   // point to itself. So, for any common predecessors, this must not cause
158   // conflicts.
159   for (InstrSet::iterator I = BBPHIs.begin(), E = BBPHIs.end();
160         I != E; I++) {
161     PHINode *PN = cast<PHINode>(*I);
162     for (BlockSet::iterator PI = CommonPreds.begin(), PE = CommonPreds.end();
163           PI != PE; PI++)
164       if (PN->getIncomingValueForBlock(*PI) != PN) {
165         DOUT << "Can't fold, phi node " << *PN->getNameStart() << " in " 
166              << BB->getNameStart() << " is conflicting with regard to common "
167              << "predecessor " << (*PI)->getNameStart() << "\n";
168         return false;
169       }
170   }
171
172   return true;
173 }
174
175 /// TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock - BB contains an unconditional
176 /// branch to Succ, and contains no instructions other than PHI nodes and the
177 /// branch.  If possible, eliminate BB.
178 static bool TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BasicBlock *BB,
179                                                     BasicBlock *Succ) {
180   // Check to see if merging these blocks would cause conflicts for any of the
181   // phi nodes in BB or Succ. If not, we can safely merge.
182   if (!CanPropagatePredecessorsForPHIs(BB, Succ)) return false;
183   
184   DOUT << "Killing Trivial BB: \n" << *BB;
185   
186   if (isa<PHINode>(Succ->begin())) {
187     // If there is more than one pred of succ, and there are PHI nodes in
188     // the successor, then we need to add incoming edges for the PHI nodes
189     //
190     const SmallVector<BasicBlock*, 16> BBPreds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
191     
192     // Loop over all of the PHI nodes in the successor of BB.
193     for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); isa<PHINode>(I); ++I) {
194       PHINode *PN = cast<PHINode>(I);
195       Value *OldVal = PN->removeIncomingValue(BB, false);
196       assert(OldVal && "No entry in PHI for Pred BB!");
197       
198       // If this incoming value is one of the PHI nodes in BB, the new entries
199       // in the PHI node are the entries from the old PHI.
200       if (isa<PHINode>(OldVal) && cast<PHINode>(OldVal)->getParent() == BB) {
201         PHINode *OldValPN = cast<PHINode>(OldVal);
202         for (unsigned i = 0, e = OldValPN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
203           // Note that, since we are merging phi nodes and BB and Succ might
204           // have common predecessors, we could end up with a phi node with
205           // identical incoming branches. This will be cleaned up later (and
206           // will trigger asserts if we try to clean it up now, without also
207           // simplifying the corresponding conditional branch).
208           PN->addIncoming(OldValPN->getIncomingValue(i),
209                           OldValPN->getIncomingBlock(i));
210       } else {
211         // Add an incoming value for each of the new incoming values.
212         for (unsigned i = 0, e = BBPreds.size(); i != e; ++i)
213           PN->addIncoming(OldVal, BBPreds[i]);
214       }
215     }
216   }
217   
218   if (isa<PHINode>(&BB->front())) {
219     SmallVector<BasicBlock*, 16>
220     OldSuccPreds(pred_begin(Succ), pred_end(Succ));
221     
222     // Move all PHI nodes in BB to Succ if they are alive, otherwise
223     // delete them.
224     while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(&BB->front()))
225       if (PN->use_empty()) {
226         // Just remove the dead phi.  This happens if Succ's PHIs were the only
227         // users of the PHI nodes.
228         PN->eraseFromParent();
229       } else {
230         // The instruction is alive, so this means that BB must dominate all
231         // predecessors of Succ (Since all uses of the PN are after its
232         // definition, so in Succ or a block dominated by Succ. If a predecessor
233         // of Succ would not be dominated by BB, PN would violate the def before
234         // use SSA demand). Therefore, we can simply move the phi node to the
235         // next block.
236         Succ->getInstList().splice(Succ->begin(),
237                                    BB->getInstList(), BB->begin());
238         
239         // We need to add new entries for the PHI node to account for
240         // predecessors of Succ that the PHI node does not take into
241         // account.  At this point, since we know that BB dominated succ and all
242         // of its predecessors, this means that we should any newly added
243         // incoming edges should use the PHI node itself as the value for these
244         // edges, because they are loop back edges.
245         for (unsigned i = 0, e = OldSuccPreds.size(); i != e; ++i)
246           if (OldSuccPreds[i] != BB)
247             PN->addIncoming(PN, OldSuccPreds[i]);
248       }
249   }
250     
251   // Everything that jumped to BB now goes to Succ.
252   BB->replaceAllUsesWith(Succ);
253   if (!Succ->hasName()) Succ->takeName(BB);
254   BB->eraseFromParent();              // Delete the old basic block.
255   return true;
256 }
257
258 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and
259 /// presumably PHI nodes in it), check to see if the merge at this block is due
260 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
261 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
262 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
263 /// be entered if the condition is false.
264 ///
265 ///
266 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB,
267                              BasicBlock *&IfTrue, BasicBlock *&IfFalse) {
268   assert(std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB)) == 2 &&
269          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
270   BasicBlock *Pred1 = *pred_begin(BB);
271   BasicBlock *Pred2 = *++pred_begin(BB);
272
273   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
274   // branches if possible anyway.
275   if (!isa<BranchInst>(Pred1->getTerminator()) ||
276       !isa<BranchInst>(Pred2->getTerminator()))
277     return 0;
278   BranchInst *Pred1Br = cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
279   BranchInst *Pred2Br = cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
280
281   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
282   // either are.
283   if (Pred2Br->isConditional()) {
284     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
285     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
286     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
287     // probably not profitable.
288     if (Pred1Br->isConditional())
289       return 0;
290
291     std::swap(Pred1, Pred2);
292     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
293   }
294
295   if (Pred1Br->isConditional()) {
296     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
297     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
298     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
299         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
300       IfTrue = Pred1;
301       IfFalse = Pred2;
302     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
303                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
304       IfTrue = Pred2;
305       IfFalse = Pred1;
306     } else {
307       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
308       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
309       return 0;
310     }
311
312     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
313     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
314     // doesn't dominate BB.
315     if (++pred_begin(Pred2) != pred_end(Pred2))
316       return 0;
317
318     return Pred1Br->getCondition();
319   }
320
321   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
322   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
323   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
324   if (pred_begin(Pred1) == pred_end(Pred1) ||
325       ++pred_begin(Pred1) != pred_end(Pred1) ||
326       pred_begin(Pred2) == pred_end(Pred2) ||
327       ++pred_begin(Pred2) != pred_end(Pred2) ||
328       *pred_begin(Pred1) != *pred_begin(Pred2))
329     return 0;
330
331   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
332   BasicBlock *CommonPred = *pred_begin(Pred1);
333   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator())) {
334     assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
335     if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
336       IfTrue = Pred1;
337       IfFalse = Pred2;
338     } else {
339       IfTrue = Pred2;
340       IfFalse = Pred1;
341     }
342     return BI->getCondition();
343   }
344   return 0;
345 }
346
347
348 // If we have a merge point of an "if condition" as accepted above, return true
349 // if the specified value dominates the block.  We don't handle the true
350 // generality of domination here, just a special case which works well enough
351 // for us.
352 //
353 // If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
354 // see if V (which must be an instruction) is cheap to compute and is
355 // non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the set and
356 // true is returned.
357 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
358                                 std::set<Instruction*> *AggressiveInsts) {
359   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
360   if (!I) {
361     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
362     // can be executed unconditionally.
363     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
364       if (C->canTrap())
365         return false;
366     return true;
367   }
368   BasicBlock *PBB = I->getParent();
369
370   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
371   // the bottom of this block.
372   if (PBB == BB) return false;
373
374   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
375   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
376   // statement".
377   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator()))
378     if (BI->isUnconditional() && BI->getSuccessor(0) == BB) {
379       if (!AggressiveInsts) return false;
380       // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
381       // see if its a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
382       // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
383       switch (I->getOpcode()) {
384       default: return false;  // Cannot hoist this out safely.
385       case Instruction::Load:
386         // We can hoist loads that are non-volatile and obviously cannot trap.
387         if (cast<LoadInst>(I)->isVolatile())
388           return false;
389         if (!isa<AllocaInst>(I->getOperand(0)) &&
390             !isa<Constant>(I->getOperand(0)))
391           return false;
392
393         // Finally, we have to check to make sure there are no instructions
394         // before the load in its basic block, as we are going to hoist the loop
395         // out to its predecessor.
396         if (PBB->begin() != BasicBlock::iterator(I))
397           return false;
398         break;
399       case Instruction::Add:
400       case Instruction::Sub:
401       case Instruction::And:
402       case Instruction::Or:
403       case Instruction::Xor:
404       case Instruction::Shl:
405       case Instruction::LShr:
406       case Instruction::AShr:
407       case Instruction::ICmp:
408       case Instruction::FCmp:
409         if (I->getOperand(0)->getType()->isFPOrFPVector())
410           return false;  // FP arithmetic might trap.
411         break;   // These are all cheap and non-trapping instructions.
412       }
413
414       // Okay, we can only really hoist these out if their operands are not
415       // defined in the conditional region.
416       for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
417         if (!DominatesMergePoint(*i, BB, 0))
418           return false;
419       // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
420       AggressiveInsts->insert(I);
421     }
422
423   return true;
424 }
425
426 // GatherConstantSetEQs - Given a potentially 'or'd together collection of 
427 // icmp_eq instructions that compare a value against a constant, return the 
428 // value being compared, and stick the constant into the Values vector.
429 static Value *GatherConstantSetEQs(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Values){
430   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
431     if (Inst->getOpcode() == Instruction::ICmp &&
432         cast<ICmpInst>(Inst)->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ) {
433       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
434         Values.push_back(C);
435         return Inst->getOperand(0);
436       } else if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(0))) {
437         Values.push_back(C);
438         return Inst->getOperand(1);
439       }
440     } else if (Inst->getOpcode() == Instruction::Or) {
441       if (Value *LHS = GatherConstantSetEQs(Inst->getOperand(0), Values))
442         if (Value *RHS = GatherConstantSetEQs(Inst->getOperand(1), Values))
443           if (LHS == RHS)
444             return LHS;
445     }
446   }
447   return 0;
448 }
449
450 // GatherConstantSetNEs - Given a potentially 'and'd together collection of
451 // setne instructions that compare a value against a constant, return the value
452 // being compared, and stick the constant into the Values vector.
453 static Value *GatherConstantSetNEs(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Values){
454   if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
455     if (Inst->getOpcode() == Instruction::ICmp &&
456                cast<ICmpInst>(Inst)->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) {
457       if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(1))) {
458         Values.push_back(C);
459         return Inst->getOperand(0);
460       } else if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(Inst->getOperand(0))) {
461         Values.push_back(C);
462         return Inst->getOperand(1);
463       }
464     } else if (Inst->getOpcode() == Instruction::And) {
465       if (Value *LHS = GatherConstantSetNEs(Inst->getOperand(0), Values))
466         if (Value *RHS = GatherConstantSetNEs(Inst->getOperand(1), Values))
467           if (LHS == RHS)
468             return LHS;
469     }
470   }
471   return 0;
472 }
473
474
475
476 /// GatherValueComparisons - If the specified Cond is an 'and' or 'or' of a
477 /// bunch of comparisons of one value against constants, return the value and
478 /// the constants being compared.
479 static bool GatherValueComparisons(Instruction *Cond, Value *&CompVal,
480                                    std::vector<ConstantInt*> &Values) {
481   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
482     CompVal = GatherConstantSetEQs(Cond, Values);
483
484     // Return true to indicate that the condition is true if the CompVal is
485     // equal to one of the constants.
486     return true;
487   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
488     CompVal = GatherConstantSetNEs(Cond, Values);
489
490     // Return false to indicate that the condition is false if the CompVal is
491     // equal to one of the constants.
492     return false;
493   }
494   return false;
495 }
496
497 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
498 /// to see if a value is equal to constant integer value.
499 static Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
500   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
501     // Do not permit merging of large switch instructions into their
502     // predecessors unless there is only one predecessor.
503     if (SI->getNumSuccessors() * std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
504                                                pred_end(SI->getParent())) > 128)
505       return 0;
506
507     return SI->getCondition();
508   }
509   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
510     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
511       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
512         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
513              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
514             isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1)))
515           return ICI->getOperand(0);
516   return 0;
517 }
518
519 /// Given a value comparison instruction, decode all of the 'cases' that it
520 /// represents and return the 'default' block.
521 static BasicBlock *
522 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
523                                 std::vector<std::pair<ConstantInt*,
524                                                       BasicBlock*> > &Cases) {
525   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
526     Cases.reserve(SI->getNumCases());
527     for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
528       Cases.push_back(std::make_pair(SI->getCaseValue(i), SI->getSuccessor(i)));
529     return SI->getDefaultDest();
530   }
531
532   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
533   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
534   Cases.push_back(std::make_pair(cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1)),
535                                  BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() ==
536                                                   ICmpInst::ICMP_NE)));
537   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
538 }
539
540
541 // EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
542 // in the list that match the specified block.
543 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
544                std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &Cases) {
545   for (unsigned i = 0, e = Cases.size(); i != e; ++i)
546     if (Cases[i].second == BB) {
547       Cases.erase(Cases.begin()+i);
548       --i; --e;
549     }
550 }
551
552 // ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
553 // well.
554 static bool
555 ValuesOverlap(std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &C1,
556               std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > &C2) {
557   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > *V1 = &C1, *V2 = &C2;
558
559   // Make V1 be smaller than V2.
560   if (V1->size() > V2->size())
561     std::swap(V1, V2);
562
563   if (V1->size() == 0) return false;
564   if (V1->size() == 1) {
565     // Just scan V2.
566     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].first;
567     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
568       if (TheVal == (*V2)[i].first)
569         return true;
570   }
571
572   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
573   std::sort(V1->begin(), V1->end());
574   std::sort(V2->begin(), V2->end());
575   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
576   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
577     if ((*V1)[i1].first == (*V2)[i2].first)
578       return true;
579     if ((*V1)[i1].first < (*V2)[i2].first)
580       ++i1;
581     else
582       ++i2;
583   }
584   return false;
585 }
586
587 // SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
588 // terminator instruction and its block is known to only have a single
589 // predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
590 // comparison with the same value, and if that comparison determines the outcome
591 // of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited form of
592 // jump threading.
593 static bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
594                                                           BasicBlock *Pred) {
595   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
596   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
597
598   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
599   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
600   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
601
602   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
603   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > PredCases;
604   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
605                                                         PredCases);
606   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
607
608   // Find information about how control leaves this block.
609   std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > ThisCases;
610   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
611   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
612
613   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
614   // simplify TI based on this knowledge.
615   if (PredDef == TI->getParent()) {
616     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
617     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
618     // can simplify TI.
619     if (ValuesOverlap(PredCases, ThisCases)) {
620       if (BranchInst *BTI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
621         // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
622         // uncond br.
623         assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
624         Value *Cond = BTI->getCondition();
625         // Insert the new branch.
626         Instruction *NI = BranchInst::Create(ThisDef, TI);
627
628         // Remove PHI node entries for the dead edge.
629         ThisCases[0].second->removePredecessor(TI->getParent());
630
631         DOUT << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
632              << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n";
633
634         TI->eraseFromParent();   // Nuke the old one.
635         // If condition is now dead, nuke it.
636         if (Instruction *CondI = dyn_cast<Instruction>(Cond))
637           RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(CondI);
638         return true;
639
640       } else {
641         SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
642         // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
643         SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
644         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
645           DeadCases.insert(PredCases[i].first);
646
647         DOUT << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
648              << "Through successor TI: " << *TI;
649
650         for (unsigned i = SI->getNumCases()-1; i != 0; --i)
651           if (DeadCases.count(SI->getCaseValue(i))) {
652             SI->getSuccessor(i)->removePredecessor(TI->getParent());
653             SI->removeCase(i);
654           }
655
656         DOUT << "Leaving: " << *TI << "\n";
657         return true;
658       }
659     }
660
661   } else {
662     // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
663     // which value (or set of values) this is.
664     ConstantInt *TIV = 0;
665     BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
666     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
667       if (PredCases[i].second == TIBB) {
668         if (TIV == 0)
669           TIV = PredCases[i].first;
670         else
671           return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
672       }
673     assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
674
675     // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
676     // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
677     BasicBlock *TheRealDest = 0;
678     for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
679       if (ThisCases[i].first == TIV) {
680         TheRealDest = ThisCases[i].second;
681         break;
682       }
683
684     // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
685     if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
686
687     // Remove PHI node entries for dead edges.
688     BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
689     for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
690       if (*SI != CheckEdge)
691         (*SI)->removePredecessor(TIBB);
692       else
693         CheckEdge = 0;
694
695     // Insert the new branch.
696     Instruction *NI = BranchInst::Create(TheRealDest, TI);
697
698     DOUT << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
699          << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n";
700     Instruction *Cond = 0;
701     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
702       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
703     TI->eraseFromParent();   // Nuke the old one.
704
705     if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
706     return true;
707   }
708   return false;
709 }
710
711 // FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
712 // equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
713 // See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
714 // on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
715 static bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI) {
716   BasicBlock *BB = TI->getParent();
717   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
718   assert(CV && "Not a comparison?");
719   bool Changed = false;
720
721   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
722   while (!Preds.empty()) {
723     BasicBlock *Pred = Preds.back();
724     Preds.pop_back();
725
726     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
727     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
728     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
729
730     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
731       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
732       std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > BBCases;
733       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
734
735       std::vector<std::pair<ConstantInt*, BasicBlock*> > PredCases;
736       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
737
738       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
739       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
740       // build.
741       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
742
743       if (PredDefault == BB) {
744         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
745         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
746         std::set<ConstantInt*> PTIHandled;
747         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
748           if (PredCases[i].second != BB)
749             PTIHandled.insert(PredCases[i].first);
750           else {
751             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
752             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
753             PredCases.pop_back();
754             --i; --e;
755           }
756
757         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
758         if (PredDefault != BBDefault) {
759           PredDefault->removePredecessor(Pred);
760           PredDefault = BBDefault;
761           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
762         }
763         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
764           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].first) &&
765               BBCases[i].second != BBDefault) {
766             PredCases.push_back(BBCases[i]);
767             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].second);
768           }
769
770       } else {
771         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
772         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
773         // activated.
774         std::set<ConstantInt*> PTIHandled;
775         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
776           if (PredCases[i].second == BB) {
777             PTIHandled.insert(PredCases[i].first);
778             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
779             PredCases.pop_back();
780             --i; --e;
781           }
782
783         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
784         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
785         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
786           if (PTIHandled.count(BBCases[i].first)) {
787             // If this is one we are capable of getting...
788             PredCases.push_back(BBCases[i]);
789             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].second);
790             PTIHandled.erase(BBCases[i].first);// This constant is taken care of
791           }
792
793         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
794         // they must go to the default destination of TI.
795         for (std::set<ConstantInt*>::iterator I = PTIHandled.begin(),
796                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
797           PredCases.push_back(std::make_pair(*I, BBDefault));
798           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
799         }
800       }
801
802       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
803       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
804       // successors.
805       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
806         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
807
808       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
809       SwitchInst *NewSI = SwitchInst::Create(CV, PredDefault,
810                                              PredCases.size(), PTI);
811       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
812         NewSI->addCase(PredCases[i].first, PredCases[i].second);
813
814       Instruction *DeadCond = 0;
815       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI))
816         // If PTI is a branch, remember the condition.
817         DeadCond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
818       Pred->getInstList().erase(PTI);
819
820       // If the condition is dead now, remove the instruction tree.
821       if (DeadCond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(DeadCond);
822
823       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
824       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
825       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
826       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
827       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
828         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
829           if (InfLoopBlock == 0) {
830             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
831             // or it won't matter if it's hot. :)
832             InfLoopBlock = BasicBlock::Create("infloop", BB->getParent());
833             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
834           }
835           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
836         }
837
838       Changed = true;
839     }
840   }
841   return Changed;
842 }
843
844 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
845 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
846 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
847 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
848   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
849   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
850   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
851   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
852   // identical order.
853   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
854   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
855
856   Instruction *I1 = BB1->begin(), *I2 = BB2->begin();
857   if (I1->getOpcode() != I2->getOpcode() || isa<PHINode>(I1) || 
858       isa<InvokeInst>(I1) || !I1->isIdenticalTo(I2))
859     return false;
860
861   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
862   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
863
864   do {
865     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
866     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
867     if (isa<TerminatorInst>(I1))
868       goto HoistTerminator;
869
870     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
871     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
872     // the now redundant second instruction.
873     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
874     if (!I2->use_empty())
875       I2->replaceAllUsesWith(I1);
876     BB2->getInstList().erase(I2);
877
878     I1 = BB1->begin();
879     I2 = BB2->begin();
880   } while (I1->getOpcode() == I2->getOpcode() && I1->isIdenticalTo(I2));
881
882   return true;
883
884 HoistTerminator:
885   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
886   Instruction *NT = I1->clone();
887   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
888   if (NT->getType() != Type::VoidTy) {
889     I1->replaceAllUsesWith(NT);
890     I2->replaceAllUsesWith(NT);
891     NT->takeName(I1);
892   }
893
894   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
895   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
896   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
897   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
898   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
899   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
900     PHINode *PN;
901     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
902          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
903       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
904       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
905       if (BB1V != BB2V) {
906         // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
907         // that determines the right value.
908         SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
909         if (SI == 0)
910           SI = SelectInst::Create(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
911                                   BB1V->getName()+"."+BB2V->getName(), NT);
912         // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
913         for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
914           if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
915             PN->setIncomingValue(i, SI);
916       }
917     }
918   }
919
920   // Update any PHI nodes in our new successors.
921   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
922     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
923
924   BI->eraseFromParent();
925   return true;
926 }
927
928 /// SpeculativelyExecuteBB - Given a conditional branch that goes to BB1
929 /// and an BB2 and the only successor of BB1 is BB2, hoist simple code
930 /// (for now, restricted to a single instruction that's side effect free) from
931 /// the BB1 into the branch block to speculatively execute it.
932 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *BB1) {
933   // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
934   // terminator) for now.
935   BasicBlock::iterator BBI = BB1->begin();
936   ++BBI; // must have at least a terminator
937   if (BBI == BB1->end()) return false; // only one inst
938   ++BBI;
939   if (BBI != BB1->end()) return false; // more than 2 insts.
940
941   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
942   Value *BrCond = BI->getCondition();
943   if (isa<Instruction>(BrCond) &&
944       cast<Instruction>(BrCond)->getOpcode() == Instruction::FCmp)
945     return false;
946
947   // If BB1 is actually on the false edge of the conditional branch, remember
948   // to swap the select operands later.
949   bool Invert = false;
950   if (BB1 != BI->getSuccessor(0)) {
951     assert(BB1 == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
952     Invert = true;
953   }
954
955   // Turn
956   // BB:
957   //     %t1 = icmp
958   //     br i1 %t1, label %BB1, label %BB2
959   // BB1:
960   //     %t3 = add %t2, c
961   //     br label BB2
962   // BB2:
963   // =>
964   // BB:
965   //     %t1 = icmp
966   //     %t4 = add %t2, c
967   //     %t3 = select i1 %t1, %t2, %t3
968   Instruction *I = BB1->begin();
969   switch (I->getOpcode()) {
970   default: return false;  // Not safe / profitable to hoist.
971   case Instruction::Add:
972   case Instruction::Sub:
973   case Instruction::And:
974   case Instruction::Or:
975   case Instruction::Xor:
976   case Instruction::Shl:
977   case Instruction::LShr:
978   case Instruction::AShr:
979     if (!I->getOperand(0)->getType()->isInteger())
980       // FP arithmetic might trap. Not worth doing for vector ops.
981       return false;
982     break;   // These are all cheap and non-trapping instructions.
983   }
984
985   // Can we speculatively execute the instruction? And what is the value 
986   // if the condition is false? Consider the phi uses, if the incoming value
987   // from the "if" block are all the same V, then V is the value of the
988   // select if the condition is false.
989   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
990   SmallVector<PHINode*, 4> PHIUses;
991   Value *FalseV = NULL;
992   for (Value::use_iterator UI = I->use_begin(), E = I->use_end();
993        UI != E; ++UI) {
994     PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UI);
995     if (!PN)
996       continue;
997     PHIUses.push_back(PN);
998     Value *PHIV = PN->getIncomingValueForBlock(BIParent);
999     if (!FalseV)
1000       FalseV = PHIV;
1001     else if (FalseV != PHIV)
1002       return false;  // Don't know the value when condition is false.
1003   }
1004   if (!FalseV)  // Can this happen?
1005     return false;
1006
1007   // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1008   // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1009   // being sunk into the use block.
1010   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i) {
1011     Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1012     if (OpI && OpI->getParent() == BIParent &&
1013         !OpI->isUsedInBasicBlock(BIParent))
1014       return false;
1015   }
1016
1017   // If we get here, we can hoist the instruction. Try to place it
1018   // before the icmp instruction preceeding the conditional branch.
1019   BasicBlock::iterator InsertPos = BI;
1020   if (InsertPos != BIParent->begin()) 
1021     --InsertPos;
1022   if (InsertPos == BrCond && !isa<PHINode>(BrCond)) {
1023     SmallPtrSet<Instruction *, 4> BB1Insns;
1024     for(BasicBlock::iterator BB1I = BB1->begin(), BB1E = BB1->end(); 
1025         BB1I != BB1E; ++BB1I) 
1026       BB1Insns.insert(BB1I);
1027     for(Value::use_iterator UI = BrCond->use_begin(), UE = BrCond->use_end();
1028         UI != UE; ++UI) {
1029       Instruction *Use = cast<Instruction>(*UI);
1030       if (BB1Insns.count(Use)) {
1031         // If BrCond uses the instruction that place it just before
1032         // branch instruction.
1033         InsertPos = BI;
1034         break;
1035       }
1036     }
1037   } else
1038     InsertPos = BI;
1039   BIParent->getInstList().splice(InsertPos, BB1->getInstList(), I);
1040
1041   // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1042   // false value is the previously determined FalseV.
1043   SelectInst *SI;
1044   if (Invert)
1045     SI = SelectInst::Create(BrCond, FalseV, I,
1046                             FalseV->getName() + "." + I->getName(), BI);
1047   else
1048     SI = SelectInst::Create(BrCond, I, FalseV,
1049                             I->getName() + "." + FalseV->getName(), BI);
1050
1051   // Make the PHI node use the select for all incoming values for "then" and
1052   // "if" blocks.
1053   for (unsigned i = 0, e = PHIUses.size(); i != e; ++i) {
1054     PHINode *PN = PHIUses[i];
1055     for (unsigned j = 0, ee = PN->getNumIncomingValues(); j != ee; ++j)
1056       if (PN->getIncomingBlock(j) == BB1 ||
1057           PN->getIncomingBlock(j) == BIParent)
1058         PN->setIncomingValue(j, SI);
1059   }
1060
1061   ++NumSpeculations;
1062   return true;
1063 }
1064
1065 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1066 /// across this block.
1067 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1068   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1069   unsigned Size = 0;
1070   
1071   // If this basic block contains anything other than a PHI (which controls the
1072   // branch) and branch itself, bail out.  FIXME: improve this in the future.
1073   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI, ++Size) {
1074     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1075     
1076     // We can only support instructions that are do not define values that are
1077     // live outside of the current basic block.
1078     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1079          UI != E; ++UI) {
1080       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1081       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1082     }
1083     
1084     // Looks ok, continue checking.
1085   }
1086
1087   return true;
1088 }
1089
1090 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1091 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1092 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1093 /// ultimate destination.
1094 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI) {
1095   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1096   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1097   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1098   // outside of the block.
1099   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1100     return false;
1101   
1102   // Degenerate case of a single entry PHI.
1103   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1104     if (PN->getIncomingValue(0) != PN)
1105       PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
1106     else
1107       PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1108     PN->eraseFromParent();
1109     return true;    
1110   }
1111
1112   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1113   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1114   
1115   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1116   // constants.
1117   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1118     ConstantInt *CB;
1119     if ((CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i))) &&
1120         CB->getType() == Type::Int1Ty) {
1121       // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1122       // branch to RealDest.
1123       BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1124       BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1125       
1126       if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1127       
1128       // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1129       // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1130       // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1131       // the edge we are about to create.
1132       BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(RealDest->getName()+".critedge",
1133                                               RealDest->getParent(), RealDest);
1134       BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1135       PHINode *PN;
1136       for (BasicBlock::iterator BBI = RealDest->begin();
1137            (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1138         Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1139         PN->addIncoming(V, EdgeBB);
1140       }
1141
1142       // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1143       // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1144       // cloned instructions outside of EdgeBB.
1145       BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1146       std::map<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1147       for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1148         if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1149           TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1150         } else {
1151           // Clone the instruction.
1152           Instruction *N = BBI->clone();
1153           if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1154           
1155           // Update operands due to translation.
1156           for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1157                i != e; ++i) {
1158             std::map<Value*, Value*>::iterator PI =
1159               TranslateMap.find(*i);
1160             if (PI != TranslateMap.end())
1161               *i = PI->second;
1162           }
1163           
1164           // Check for trivial simplification.
1165           if (Constant *C = ConstantFoldInstruction(N)) {
1166             TranslateMap[BBI] = C;
1167             delete N;   // Constant folded away, don't need actual inst
1168           } else {
1169             // Insert the new instruction into its new home.
1170             EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1171             if (!BBI->use_empty())
1172               TranslateMap[BBI] = N;
1173           }
1174         }
1175       }
1176
1177       // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1178       // to EdgeBB instead.
1179       TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1180       for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1181         if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1182           BB->removePredecessor(PredBB);
1183           PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1184         }
1185       
1186       // Recurse, simplifying any other constants.
1187       return FoldCondBranchOnPHI(BI) | true;
1188     }
1189   }
1190
1191   return false;
1192 }
1193
1194 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1195 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1196 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN) {
1197   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1198   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1199   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1200   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1201   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1202   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1203   //
1204   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1205   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1206   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1207   if (!IfCond) return false;
1208   
1209   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1210   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1211   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1212   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1213   // fewer PHI nodes in this block.
1214   unsigned NumPhis = 0;
1215   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1216     if (NumPhis > 2)
1217       return false;
1218   
1219   DOUT << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1220        << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n";
1221   
1222   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1223   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1224   // that need to be moved to the dominating block.
1225   std::set<Instruction*> AggressiveInsts;
1226   
1227   BasicBlock::iterator AfterPHIIt = BB->begin();
1228   while (isa<PHINode>(AfterPHIIt)) {
1229     PHINode *PN = cast<PHINode>(AfterPHIIt++);
1230     if (PN->getIncomingValue(0) == PN->getIncomingValue(1)) {
1231       if (PN->getIncomingValue(0) != PN)
1232         PN->replaceAllUsesWith(PN->getIncomingValue(0));
1233       else
1234         PN->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(PN->getType()));
1235     } else if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB,
1236                                     &AggressiveInsts) ||
1237                !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB,
1238                                     &AggressiveInsts)) {
1239       return false;
1240     }
1241   }
1242   
1243   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1244   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1245   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1246   // worth promoting to select instructions.
1247   BasicBlock *DomBlock = 0, *IfBlock1 = 0, *IfBlock2 = 0;
1248   PN = cast<PHINode>(BB->begin());
1249   BasicBlock *Pred = PN->getIncomingBlock(0);
1250   if (cast<BranchInst>(Pred->getTerminator())->isUnconditional()) {
1251     IfBlock1 = Pred;
1252     DomBlock = *pred_begin(Pred);
1253     for (BasicBlock::iterator I = Pred->begin();
1254          !isa<TerminatorInst>(I); ++I)
1255       if (!AggressiveInsts.count(I)) {
1256         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1257         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1258         // flow, so the xform is not worth it.
1259         return false;
1260       }
1261   }
1262     
1263   Pred = PN->getIncomingBlock(1);
1264   if (cast<BranchInst>(Pred->getTerminator())->isUnconditional()) {
1265     IfBlock2 = Pred;
1266     DomBlock = *pred_begin(Pred);
1267     for (BasicBlock::iterator I = Pred->begin();
1268          !isa<TerminatorInst>(I); ++I)
1269       if (!AggressiveInsts.count(I)) {
1270         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1271         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1272         // flow, so the xform is not worth it.
1273         return false;
1274       }
1275   }
1276       
1277   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1278   // do all of the PHI's now.
1279
1280   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1281   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1282   if (IfBlock1) {
1283     DomBlock->getInstList().splice(DomBlock->getTerminator(),
1284                                    IfBlock1->getInstList(),
1285                                    IfBlock1->begin(),
1286                                    IfBlock1->getTerminator());
1287   }
1288   if (IfBlock2) {
1289     DomBlock->getInstList().splice(DomBlock->getTerminator(),
1290                                    IfBlock2->getInstList(),
1291                                    IfBlock2->begin(),
1292                                    IfBlock2->getTerminator());
1293   }
1294   
1295   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1296     // Change the PHI node into a select instruction.
1297     Value *TrueVal =
1298       PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1299     Value *FalseVal =
1300       PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1301     
1302     Value *NV = SelectInst::Create(IfCond, TrueVal, FalseVal, "", AfterPHIIt);
1303     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1304     NV->takeName(PN);
1305     
1306     BB->getInstList().erase(PN);
1307   }
1308   return true;
1309 }
1310
1311 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1312 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1313 /// introducing a select if the return values disagree.
1314 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI) {
1315   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1316   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1317   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1318   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1319   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1320   
1321   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1322   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1323   // computation on one path or the other.
1324   BasicBlock::iterator BBI = TrueRet;
1325   if (BBI != TrueSucc->begin() && !isa<PHINode>(--BBI))
1326     return false;  // Not empty with optional phi nodes.
1327   BBI = FalseRet;
1328   if (BBI != FalseSucc->begin() && !isa<PHINode>(--BBI))
1329     return false;  // Not empty with optional phi nodes.
1330
1331   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1332   // there is no return value for this function, just change the
1333   // branch into a return.
1334   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1335     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1336     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1337     ReturnInst::Create(0, BI);
1338     BI->eraseFromParent();
1339     return true;
1340   }
1341     
1342   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1343   // so we can insert a new select instruction.
1344   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1345   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1346   
1347   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1348   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1349     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1350       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1351   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1352     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1353       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1354   
1355   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1356   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1357   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1358   // constant expression that prevents this transformation from being
1359   // safe.
1360   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1361     if (TCV->canTrap())
1362       return false;
1363   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1364     if (FCV->canTrap())
1365       return false;
1366   
1367   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1368   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1369   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1370   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1371   
1372   // Insert select instructions where needed.
1373   Value *BrCond = BI->getCondition();
1374   if (TrueValue) {
1375     // Insert a select if the results differ.
1376     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1377     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1378       TrueValue = FalseValue;
1379     } else {
1380       TrueValue = SelectInst::Create(BrCond, TrueValue,
1381                                      FalseValue, "retval", BI);
1382     }
1383   }
1384
1385   Value *RI = !TrueValue ?
1386               ReturnInst::Create(BI) :
1387               ReturnInst::Create(TrueValue, BI);
1388       
1389   DOUT << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1390        << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1391        << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc;
1392       
1393   BI->eraseFromParent();
1394   
1395   if (Instruction *BrCondI = dyn_cast<Instruction>(BrCond))
1396     RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(BrCondI);
1397   return true;
1398 }
1399
1400 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is ONLY a setcc and a branch,
1401 /// and if a predecessor branches to us and one of our successors, fold the
1402 /// setcc into the predecessor and use logical operations to pick the right
1403 /// destination.
1404 static bool FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1405   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1406   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1407   if (Cond == 0) return false;
1408
1409   
1410   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1411   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1412   // must be at the front of the block.
1413   if ((!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1414       Cond->getParent() != BB || &BB->front() != Cond || !Cond->hasOneUse())
1415     return false;
1416       
1417   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1418   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1419   if (&*CondIt != BI)
1420     return false;
1421   
1422   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
1423   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
1424   BasicBlock *FalseDest = BI->getSuccessor(1);
1425   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
1426     return false;
1427   
1428   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1429     BasicBlock *PredBlock = *PI;
1430     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
1431     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
1432     // the common successor, verify that the same value flows in from both
1433     // blocks.
1434     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
1435         !SafeToMergeTerminators(BI, PBI))
1436       continue;
1437     
1438     Instruction::BinaryOps Opc;
1439     bool InvertPredCond = false;
1440
1441     if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
1442       Opc = Instruction::Or;
1443     else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
1444       Opc = Instruction::And;
1445     else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
1446       Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
1447     else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
1448       Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
1449     else
1450       continue;
1451
1452     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
1453     if (InvertPredCond) {
1454       Value *NewCond =
1455         BinaryOperator::CreateNot(PBI->getCondition(),
1456                                   PBI->getCondition()->getName()+".not", PBI);
1457       PBI->setCondition(NewCond);
1458       BasicBlock *OldTrue = PBI->getSuccessor(0);
1459       BasicBlock *OldFalse = PBI->getSuccessor(1);
1460       PBI->setSuccessor(0, OldFalse);
1461       PBI->setSuccessor(1, OldTrue);
1462     }
1463     
1464     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
1465     // two conditions together.
1466     Instruction *New = Cond->clone();
1467     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
1468     New->takeName(Cond);
1469     Cond->setName(New->getName()+".old");
1470     
1471     Value *NewCond = BinaryOperator::Create(Opc, PBI->getCondition(),
1472                                             New, "or.cond", PBI);
1473     PBI->setCondition(NewCond);
1474     if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
1475       AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
1476       PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
1477     }
1478     if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
1479       AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
1480       PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
1481     }
1482     return true;
1483   }
1484   return false;
1485 }
1486
1487 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
1488 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
1489 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
1490 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
1491 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
1492   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
1493   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1494   
1495   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
1496   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make 
1497   // this conditional branch redundant.
1498   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
1499       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
1500     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
1501     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
1502     if (BB->getSinglePredecessor()) {
1503       // Turn this into a branch on constant.
1504       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
1505       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::Int1Ty, CondIsTrue));
1506       return true;  // Nuke the branch on constant.
1507     }
1508     
1509     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
1510     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
1511     // simplifycfg will thread the block.
1512     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
1513       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::Int1Ty,
1514                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
1515                                        BB->begin());
1516       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
1517       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
1518       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
1519       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
1520         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator())) &&
1521             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
1522             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
1523             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
1524           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
1525           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::Int1Ty, 
1526                                               CondIsTrue), *PI);
1527         } else {
1528           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), *PI);
1529         }
1530       
1531       BI->setCondition(NewPN);
1532       return true;
1533     }
1534   }
1535   
1536   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
1537   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
1538   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
1539   if (&BB->front() != BI)
1540     return false;
1541   
1542   int PBIOp, BIOp;
1543   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
1544     PBIOp = BIOp = 0;
1545   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
1546     PBIOp = 0, BIOp = 1;
1547   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
1548     PBIOp = 1, BIOp = 0;
1549   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
1550     PBIOp = BIOp = 1;
1551   else
1552     return false;
1553     
1554   // Check to make sure that the other destination of this branch
1555   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
1556   // keep getting unwound.
1557   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
1558     return false;
1559     
1560   // Do not perform this transformation if it would require 
1561   // insertion of a large number of select instructions. For targets
1562   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
1563   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
1564       
1565   unsigned NumPhis = 0;
1566   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
1567        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
1568     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
1569       return false;
1570     
1571   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
1572   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
1573   
1574   DOUT << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
1575        << "AND: " << *BI->getParent();
1576   
1577   
1578   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
1579   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
1580   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
1581   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
1582   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
1583   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
1584   // infinite loop with no cond branch.
1585   if (OtherDest == BB) {
1586     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1587     // or it won't matter if it's hot. :)
1588     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create("infloop", BB->getParent());
1589     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1590     OtherDest = InfLoopBlock;
1591   }  
1592   
1593   DOUT << *PBI->getParent()->getParent();
1594   
1595   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
1596   // it alone, but modify PBI.
1597   
1598   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
1599   Value *PBICond = PBI->getCondition();
1600   if (PBIOp)
1601     PBICond = BinaryOperator::CreateNot(PBICond,
1602                                         PBICond->getName()+".not",
1603                                         PBI);
1604   Value *BICond = BI->getCondition();
1605   if (BIOp)
1606     BICond = BinaryOperator::CreateNot(BICond,
1607                                        BICond->getName()+".not",
1608                                        PBI);
1609   // Merge the conditions.
1610   Value *Cond = BinaryOperator::CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge", PBI);
1611   
1612   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
1613   PBI->setCondition(Cond);
1614   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
1615   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
1616   
1617   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
1618   // block that are identical to the entries for BI's block.
1619   PHINode *PN;
1620   for (BasicBlock::iterator II = OtherDest->begin();
1621        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
1622     Value *V = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1623     PN->addIncoming(V, PBI->getParent());
1624   }
1625   
1626   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
1627   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
1628   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
1629   // them agree.
1630   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
1631        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
1632     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1633     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
1634     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
1635     if (BIV != PBIV) {
1636       // Insert a select in PBI to pick the right value.
1637       Value *NV = SelectInst::Create(PBICond, PBIV, BIV,
1638                                      PBIV->getName()+".mux", PBI);
1639       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
1640     }
1641   }
1642   
1643   DOUT << "INTO: " << *PBI->getParent();
1644   
1645   DOUT << *PBI->getParent()->getParent();
1646   
1647   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
1648   // one fewer predecessor.
1649   return true;
1650 }
1651
1652
1653 namespace {
1654   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
1655   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
1656   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
1657   struct ConstantIntOrdering {
1658     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
1659       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
1660     }
1661   };
1662 }
1663
1664 // SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
1665 // example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
1666 // eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
1667 // of the CFG.  It returns true if a modification was made.
1668 //
1669 // WARNING:  The entry node of a function may not be simplified.
1670 //
1671 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB) {
1672   bool Changed = false;
1673   Function *M = BB->getParent();
1674
1675   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
1676   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
1677   assert(&BB->getParent()->getEntryBlock() != BB &&
1678          "Can't Simplify entry block!");
1679
1680   // Remove basic blocks that have no predecessors... or that just have themself
1681   // as a predecessor.  These are unreachable.
1682   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) || BB->getSinglePredecessor() == BB) {
1683     DOUT << "Removing BB: \n" << *BB;
1684     DeleteDeadBlock(BB);
1685     return true;
1686   }
1687
1688   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
1689   // away...
1690   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB);
1691
1692   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
1693   // eliminate it, do so now.
1694   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
1695     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
1696       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN); 
1697
1698   // If this is a returning block with only PHI nodes in it, fold the return
1699   // instruction into any unconditional branch predecessors.
1700   //
1701   // If any predecessor is a conditional branch that just selects among
1702   // different return values, fold the replace the branch/return with a select
1703   // and return.
1704   if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
1705     BasicBlock::iterator BBI = BB->getTerminator();
1706     if (BBI == BB->begin() || isa<PHINode>(--BBI)) {
1707       // Find predecessors that end with branches.
1708       SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
1709       SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
1710       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1711         TerminatorInst *PTI = (*PI)->getTerminator();
1712         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
1713           if (BI->isUnconditional())
1714             UncondBranchPreds.push_back(*PI);
1715           else
1716             CondBranchPreds.push_back(BI);
1717         }
1718       }
1719
1720       // If we found some, do the transformation!
1721       if (!UncondBranchPreds.empty()) {
1722         while (!UncondBranchPreds.empty()) {
1723           BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.back();
1724           DOUT << "FOLDING: " << *BB
1725                << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred;
1726           UncondBranchPreds.pop_back();
1727           Instruction *UncondBranch = Pred->getTerminator();
1728           // Clone the return and add it to the end of the predecessor.
1729           Instruction *NewRet = RI->clone();
1730           Pred->getInstList().push_back(NewRet);
1731
1732           // If the return instruction returns a value, and if the value was a
1733           // PHI node in "BB", propagate the right value into the return.
1734           for (User::op_iterator i = NewRet->op_begin(), e = NewRet->op_end();
1735                i != e; ++i)
1736             if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(*i))
1737               if (PN->getParent() == BB)
1738                 *i = PN->getIncomingValueForBlock(Pred);
1739           
1740           // Update any PHI nodes in the returning block to realize that we no
1741           // longer branch to them.
1742           BB->removePredecessor(Pred);
1743           Pred->getInstList().erase(UncondBranch);
1744         }
1745
1746         // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
1747         if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
1748           // We know there are no successors, so just nuke the block.
1749           M->getBasicBlockList().erase(BB);
1750
1751         return true;
1752       }
1753
1754       // Check out all of the conditional branches going to this return
1755       // instruction.  If any of them just select between returns, change the
1756       // branch itself into a select/return pair.
1757       while (!CondBranchPreds.empty()) {
1758         BranchInst *BI = CondBranchPreds.back();
1759         CondBranchPreds.pop_back();
1760
1761         // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
1762         if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
1763             isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
1764             SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI))
1765           return true;
1766       }
1767     }
1768   } else if (isa<UnwindInst>(BB->begin())) {
1769     // Check to see if the first instruction in this block is just an unwind.
1770     // If so, replace any invoke instructions which use this as an exception
1771     // destination with call instructions, and any unconditional branch
1772     // predecessor with an unwind.
1773     //
1774     SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
1775     while (!Preds.empty()) {
1776       BasicBlock *Pred = Preds.back();
1777       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(Pred->getTerminator())) {
1778         if (BI->isUnconditional()) {
1779           Pred->getInstList().pop_back();  // nuke uncond branch
1780           new UnwindInst(Pred);            // Use unwind.
1781           Changed = true;
1782         }
1783       } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(Pred->getTerminator()))
1784         if (II->getUnwindDest() == BB) {
1785           // Insert a new branch instruction before the invoke, because this
1786           // is now a fall through...
1787           BranchInst *BI = BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
1788           Pred->getInstList().remove(II);   // Take out of symbol table
1789
1790           // Insert the call now...
1791           SmallVector<Value*,8> Args(II->op_begin()+3, II->op_end());
1792           CallInst *CI = CallInst::Create(II->getCalledValue(),
1793                                           Args.begin(), Args.end(),
1794                                           II->getName(), BI);
1795           CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
1796           CI->setAttributes(II->getAttributes());
1797           // If the invoke produced a value, the Call now does instead
1798           II->replaceAllUsesWith(CI);
1799           delete II;
1800           Changed = true;
1801         }
1802
1803       Preds.pop_back();
1804     }
1805
1806     // If this block is now dead, remove it.
1807     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB)) {
1808       // We know there are no successors, so just nuke the block.
1809       M->getBasicBlockList().erase(BB);
1810       return true;
1811     }
1812
1813   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
1814     if (isValueEqualityComparison(SI)) {
1815       // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
1816       // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
1817       if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
1818         if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred))
1819           return SimplifyCFG(BB) || 1;
1820
1821       // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
1822       // away into any preds.
1823       if (SI == &BB->front())
1824         if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI))
1825           return SimplifyCFG(BB) || 1;
1826     }
1827   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
1828     if (BI->isUnconditional()) {
1829       BasicBlock::iterator BBI = BB->getFirstNonPHI();
1830
1831       BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(0);
1832       if (BBI->isTerminator() &&  // Terminator is the only non-phi instruction!
1833           Succ != BB)             // Don't hurt infinite loops!
1834         if (TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB, Succ))
1835           return true;
1836       
1837     } else {  // Conditional branch
1838       if (isValueEqualityComparison(BI)) {
1839         // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
1840         // see if that predecessor totally determines the outcome of this
1841         // switch.
1842         if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
1843           if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred))
1844             return SimplifyCFG(BB) || 1;
1845
1846         // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
1847         BasicBlock::iterator I = BB->begin();
1848         if (&*I == BI ||
1849             (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition()) &&
1850              &*++I == BI))
1851           if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI))
1852             return SimplifyCFG(BB) | true;
1853       }
1854       
1855       // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
1856       // through this block if any PHI node entries are constants.
1857       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
1858         if (PN->getParent() == BI->getParent())
1859           if (FoldCondBranchOnPHI(BI))
1860             return SimplifyCFG(BB) | true;
1861
1862       // If this basic block is ONLY a setcc and a branch, and if a predecessor
1863       // branches to us and one of our successors, fold the setcc into the
1864       // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1865       if (FoldBranchToCommonDest(BI))
1866         return SimplifyCFG(BB) | 1;
1867
1868
1869       // Scan predecessor blocks for conditional branches.
1870       for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
1871         if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
1872           if (PBI != BI && PBI->isConditional())
1873             if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
1874               return SimplifyCFG(BB) | true;
1875     }
1876   } else if (isa<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
1877     // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
1878     // be removed, do so.
1879     Instruction *Unreachable = BB->getTerminator();
1880     while (Unreachable != BB->begin()) {
1881       BasicBlock::iterator BBI = Unreachable;
1882       --BBI;
1883       // Do not delete instructions that can have side effects, like calls
1884       // (which may never return) and volatile loads and stores.
1885       if (isa<CallInst>(BBI)) break;
1886
1887       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI))
1888         if (SI->isVolatile())
1889           break;
1890
1891       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI))
1892         if (LI->isVolatile())
1893           break;
1894
1895       // Delete this instruction
1896       BB->getInstList().erase(BBI);
1897       Changed = true;
1898     }
1899
1900     // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
1901     // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
1902     if (&BB->front() == Unreachable) {
1903       SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
1904       for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
1905         TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
1906
1907         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
1908           if (BI->isUnconditional()) {
1909             if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
1910               new UnreachableInst(TI);
1911               TI->eraseFromParent();
1912               Changed = true;
1913             }
1914           } else {
1915             if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
1916               BranchInst::Create(BI->getSuccessor(1), BI);
1917               BI->eraseFromParent();
1918             } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
1919               BranchInst::Create(BI->getSuccessor(0), BI);
1920               BI->eraseFromParent();
1921               Changed = true;
1922             }
1923           }
1924         } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
1925           for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
1926             if (SI->getSuccessor(i) == BB) {
1927               BB->removePredecessor(SI->getParent());
1928               SI->removeCase(i);
1929               --i; --e;
1930               Changed = true;
1931             }
1932           // If the default value is unreachable, figure out the most popular
1933           // destination and make it the default.
1934           if (SI->getSuccessor(0) == BB) {
1935             std::map<BasicBlock*, unsigned> Popularity;
1936             for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
1937               Popularity[SI->getSuccessor(i)]++;
1938
1939             // Find the most popular block.
1940             unsigned MaxPop = 0;
1941             BasicBlock *MaxBlock = 0;
1942             for (std::map<BasicBlock*, unsigned>::iterator
1943                    I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
1944               if (I->second > MaxPop) {
1945                 MaxPop = I->second;
1946                 MaxBlock = I->first;
1947               }
1948             }
1949             if (MaxBlock) {
1950               // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
1951               // edges to it.
1952               SI->setSuccessor(0, MaxBlock);
1953               Changed = true;
1954
1955               // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
1956               // it.
1957               if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
1958                 for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
1959                   MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
1960
1961               for (unsigned i = 1, e = SI->getNumCases(); i != e; ++i)
1962                 if (SI->getSuccessor(i) == MaxBlock) {
1963                   SI->removeCase(i);
1964                   --i; --e;
1965                 }
1966             }
1967           }
1968         } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
1969           if (II->getUnwindDest() == BB) {
1970             // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
1971             // place to note that the call does not throw though.
1972             BranchInst *BI = BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
1973             II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
1974
1975             // Insert the call now...
1976             SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin()+3, II->op_end());
1977             CallInst *CI = CallInst::Create(II->getCalledValue(),
1978                                             Args.begin(), Args.end(),
1979                                             II->getName(), BI);
1980             CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
1981             CI->setAttributes(II->getAttributes());
1982             // If the invoke produced a value, the Call does now instead.
1983             II->replaceAllUsesWith(CI);
1984             delete II;
1985             Changed = true;
1986           }
1987         }
1988       }
1989
1990       // If this block is now dead, remove it.
1991       if (pred_begin(BB) == pred_end(BB)) {
1992         // We know there are no successors, so just nuke the block.
1993         M->getBasicBlockList().erase(BB);
1994         return true;
1995       }
1996     }
1997   }
1998
1999   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
2000   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
2001   // if there are no PHI nodes.
2002   //
2003   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
2004     return true;
2005
2006   // Otherwise, if this block only has a single predecessor, and if that block
2007   // is a conditional branch, see if we can hoist any code from this block up
2008   // into our predecessor.
2009   pred_iterator PI(pred_begin(BB)), PE(pred_end(BB));
2010   BasicBlock *OnlyPred = *PI++;
2011   for (; PI != PE; ++PI)  // Search all predecessors, see if they are all same
2012     if (*PI != OnlyPred) {
2013       OnlyPred = 0;       // There are multiple different predecessors...
2014       break;
2015     }
2016   
2017   if (OnlyPred)
2018     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(OnlyPred->getTerminator()))
2019       if (BI->isConditional()) {
2020         // Get the other block.
2021         BasicBlock *OtherBB = BI->getSuccessor(BI->getSuccessor(0) == BB);
2022         PI = pred_begin(OtherBB);
2023         ++PI;
2024         
2025         if (PI == pred_end(OtherBB)) {
2026           // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
2027           // from the condbr.  We know that the condbr dominates the two blocks,
2028           // so see if there is any identical code in the "then" and "else"
2029           // blocks.  If so, we can hoist it up to the branching block.
2030           Changed |= HoistThenElseCodeToIf(BI);
2031         } else {
2032           BasicBlock* OnlySucc = NULL;
2033           for (succ_iterator SI = succ_begin(BB), SE = succ_end(BB);
2034                SI != SE; ++SI) {
2035             if (!OnlySucc)
2036               OnlySucc = *SI;
2037             else if (*SI != OnlySucc) {
2038               OnlySucc = 0;     // There are multiple distinct successors!
2039               break;
2040             }
2041           }
2042
2043           if (OnlySucc == OtherBB) {
2044             // If BB's only successor is the other successor of the predecessor,
2045             // i.e. a triangle, see if we can hoist any code from this block up
2046             // to the "if" block.
2047             Changed |= SpeculativelyExecuteBB(BI, BB);
2048           }
2049         }
2050       }
2051
2052   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
2053     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
2054       // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2055       if (BI->isConditional() && isa<Instruction>(BI->getCondition())) {
2056         Instruction *Cond = cast<Instruction>(BI->getCondition());
2057         // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2058         // 'setne's and'ed together, collect them.
2059         Value *CompVal = 0;
2060         std::vector<ConstantInt*> Values;
2061         bool TrueWhenEqual = GatherValueComparisons(Cond, CompVal, Values);
2062         if (CompVal && CompVal->getType()->isInteger()) {
2063           // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2064           // instruction can't handle, remove them now.
2065           std::sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntOrdering());
2066           Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2067
2068           // Figure out which block is which destination.
2069           BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2070           BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2071           if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2072
2073           // Create the new switch instruction now.
2074           SwitchInst *New = SwitchInst::Create(CompVal, DefaultBB,
2075                                                Values.size(), BI);
2076
2077           // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2078           for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2079             New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2080
2081           // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2082           // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2083           // the number of edges added.
2084           for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2085                isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2086             PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2087             Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(*PI);
2088             for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2089               PN->addIncoming(InVal, *PI);
2090           }
2091
2092           // Erase the old branch instruction.
2093           (*PI)->getInstList().erase(BI);
2094
2095           // Erase the potentially condition tree that was used to computed the
2096           // branch condition.
2097           RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
2098           return true;
2099         }
2100       }
2101
2102   return Changed;
2103 }