Rephrase the speculating scan of the conditional BB to be phrased in
[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/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/Constants.h"
26 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
27 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
28 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
29 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
33 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
34 #include "llvm/IR/Metadata.h"
35 #include "llvm/IR/Module.h"
36 #include "llvm/IR/Operator.h"
37 #include "llvm/IR/Type.h"
38 #include "llvm/Support/CFG.h"
39 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
40 #include "llvm/Support/ConstantRange.h"
41 #include "llvm/Support/Debug.h"
42 #include "llvm/Support/NoFolder.h"
43 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
45 #include <algorithm>
46 #include <map>
47 #include <set>
48 using namespace llvm;
49
50 static cl::opt<unsigned>
51 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
52    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
53
54 static cl::opt<bool>
55 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
56        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
57
58 static cl::opt<bool>
59 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
60        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
61
62 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
63 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
64 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
65 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
66
67 namespace {
68   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
69   struct ValueEqualityComparisonCase {
70     ConstantInt *Value;
71     BasicBlock *Dest;
72
73     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
74       : Value(Value), Dest(Dest) {}
75
76     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
77       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
78       return Value < RHS.Value;
79     }
80
81     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
82   };
83
84 class SimplifyCFGOpt {
85   const TargetTransformInfo &TTI;
86   const DataLayout *const TD;
87
88   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
89   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
90                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
91   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
92                                                      BasicBlock *Pred,
93                                                      IRBuilder<> &Builder);
94   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
95                                            IRBuilder<> &Builder);
96
97   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
98   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
99   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
100   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
101   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
102   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
103   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
104
105 public:
106   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *TD)
107       : TTI(TTI), TD(TD) {}
108   bool run(BasicBlock *BB);
109 };
110 }
111
112 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
113 /// terminator instructions together.
114 ///
115 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
116   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
117
118   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
119   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
120   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
121   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
122   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
123   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
124
125   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
126     if (SI1Succs.count(*I))
127       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
128            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
129         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
130         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
131             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
132           return false;
133       }
134
135   return true;
136 }
137
138 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
139 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
140 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
141 /// successors.
142 ///
143 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
144                                           BranchInst *SI2,
145                                           Instruction *Cond,
146                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
147   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
148   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
149
150   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
151   // common successors:
152   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
153   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
154   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
155   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
156   if (!Ci2) return false;
157   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
158         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
159       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
160         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
161     return false;
162
163   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
164   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
165   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
166   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
167     if (SI1Succs.count(*I))
168       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
169            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
170         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
171         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
172             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
173           return false;
174         PhiNodes.push_back(PN);
175       }
176   return true;
177 }
178
179 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
180 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
181 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
182 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
183 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
184                                   BasicBlock *ExistPred) {
185   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
186
187   PHINode *PN;
188   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
189        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
190     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
191 }
192
193
194 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
195 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
196 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
197 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
198 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
199 /// be entered if the condition is false.
200 ///
201 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
202 /// instructions in them.
203 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
204                              BasicBlock *&IfFalse) {
205   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
206   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
207          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
208   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
209   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
210
211   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
212   // branches if possible anyway.
213   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
214   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
215   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
216     return 0;
217
218   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
219   // either are.
220   if (Pred2Br->isConditional()) {
221     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
222     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
223     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
224     // probably not profitable.
225     if (Pred1Br->isConditional())
226       return 0;
227
228     std::swap(Pred1, Pred2);
229     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
230   }
231
232   if (Pred1Br->isConditional()) {
233     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
234     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
235     // doesn't dominate BB.
236     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
237       return 0;
238
239     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
240     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
241     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
242         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
243       IfTrue = Pred1;
244       IfFalse = Pred2;
245     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
246                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
247       IfTrue = Pred2;
248       IfFalse = Pred1;
249     } else {
250       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
251       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
252       return 0;
253     }
254
255     return Pred1Br->getCondition();
256   }
257
258   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
259   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
260   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
261   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
262   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
263     return 0;
264
265   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
266   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
267   if (BI == 0) return 0;
268
269   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
270   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
271     IfTrue = Pred1;
272     IfFalse = Pred2;
273   } else {
274     IfTrue = Pred2;
275     IfFalse = Pred1;
276   }
277   return BI->getCondition();
278 }
279
280 /// ComputeSpeculuationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
281 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
282 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
283 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
284   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
285          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
286   switch (Operator::getOpcode(I)) {
287   default:
288     // In doubt, be conservative.
289     return UINT_MAX;
290   case Instruction::GetElementPtr:
291     // GEPs are cheap if all indices are constant.
292     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
293       return UINT_MAX;
294     return 1;
295   case Instruction::Load:
296   case Instruction::Add:
297   case Instruction::Sub:
298   case Instruction::And:
299   case Instruction::Or:
300   case Instruction::Xor:
301   case Instruction::Shl:
302   case Instruction::LShr:
303   case Instruction::AShr:
304   case Instruction::ICmp:
305   case Instruction::Trunc:
306   case Instruction::ZExt:
307   case Instruction::SExt:
308     return 1; // These are all cheap.
309
310   case Instruction::Call:
311   case Instruction::Select:
312     return 2;
313   }
314 }
315
316 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
317 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
318 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
319 /// which works well enough for us.
320 ///
321 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
322 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
323 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
324 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
325 /// set and true is returned.
326 ///
327 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
328 /// Select whose cost is 2.
329 ///
330 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
331 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
332 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
333 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
334                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
335                                 unsigned &CostRemaining) {
336   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
337   if (!I) {
338     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
339     // can be executed unconditionally.
340     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
341       if (C->canTrap())
342         return false;
343     return true;
344   }
345   BasicBlock *PBB = I->getParent();
346
347   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
348   // the bottom of this block.
349   if (PBB == BB) return false;
350
351   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
352   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
353   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
354   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
355   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
356     return true;
357
358   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
359   // instructions in the 'if region'.
360   if (AggressiveInsts == 0) return false;
361
362   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
363   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
364
365   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
366   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
367   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
368   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
369     return false;
370
371   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
372
373   if (Cost > CostRemaining)
374     return false;
375
376   CostRemaining -= Cost;
377
378   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
379   // not take us over the cost threshold.
380   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
381     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
382       return false;
383   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
384   AggressiveInsts->insert(I);
385   return true;
386 }
387
388 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
389 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
390 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
391   // Normal constant int.
392   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
393   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
394     return CI;
395
396   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
397   // ConstantInt if possible.
398   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(TD->getIntPtrType(V->getType()));
399
400   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
401   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
402     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
403
404   // IntToPtr const int.
405   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
406     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
407       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
408         // The constant is very likely to have the right type already.
409         if (CI->getType() == PtrTy)
410           return CI;
411         else
412           return cast<ConstantInt>
413             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
414       }
415   return 0;
416 }
417
418 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
419 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
420 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
421 /// Values vector.
422 static Value *
423 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
424                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
425   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
426   if (I == 0) return 0;
427
428   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
429   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
430     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
431       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
432         UsedICmps++;
433         Vals.push_back(C);
434         return I->getOperand(0);
435       }
436
437       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
438       // the set.
439       ConstantRange Span =
440         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
441
442       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
443       // x != 0 && x != 1.
444       if (!isEQ)
445         Span = Span.inverse();
446
447       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
448       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
449         return 0;
450
451       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
452         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
453       UsedICmps++;
454       return I->getOperand(0);
455     }
456     return 0;
457   }
458
459   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
460   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
461     return 0;
462
463   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
464   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
465   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
466                                           isEQ, UsedICmps)) {
467     unsigned NumVals = Vals.size();
468     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
469     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
470                                             isEQ, UsedICmps)) {
471       if (LHS == RHS)
472         return LHS;
473       Vals.resize(NumVals);
474       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
475     }
476
477     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
478     // set it and return success.
479     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
480       Extra = I->getOperand(1);
481       return LHS;
482     }
483
484     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
485     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
486     return 0;
487   }
488
489   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
490   // use LHS as Extra.
491   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
492     Value *OldExtra = Extra;
493     Extra = I->getOperand(0);
494     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
495                                             isEQ, UsedICmps))
496       return RHS;
497     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
498     Extra = OldExtra;
499   }
500
501   return 0;
502 }
503
504 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
505   Instruction *Cond = 0;
506   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
507     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
508   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
509     if (BI->isConditional())
510       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
511   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
512     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
513   }
514
515   TI->eraseFromParent();
516   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
517 }
518
519 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
520 /// to see if a value is equal to constant integer value.
521 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
522   Value *CV = 0;
523   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
524     // Do not permit merging of large switch instructions into their
525     // predecessors unless there is only one predecessor.
526     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
527                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
528       CV = SI->getCondition();
529   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
530     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
531       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
532         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
533              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
534             GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
535           CV = ICI->getOperand(0);
536
537   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
538   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
539     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
540       CV = PTII->getOperand(0);
541   return CV;
542 }
543
544 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
545 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
546 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
547 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
548                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
549                                                                        &Cases) {
550   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
551     Cases.reserve(SI->getNumCases());
552     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
553       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
554                                                   i.getCaseSuccessor()));
555     return SI->getDefaultDest();
556   }
557
558   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
559   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
560   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
561   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
562                                                              TD),
563                                               Succ));
564   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
565 }
566
567
568 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
569 /// in the list that match the specified block.
570 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
571                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
572   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
573 }
574
575 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
576 /// well.
577 static bool
578 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
579               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
580   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
581
582   // Make V1 be smaller than V2.
583   if (V1->size() > V2->size())
584     std::swap(V1, V2);
585
586   if (V1->size() == 0) return false;
587   if (V1->size() == 1) {
588     // Just scan V2.
589     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
590     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
591       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
592         return true;
593   }
594
595   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
596   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
597   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
598   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
599   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
600     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
601       return true;
602     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
603       ++i1;
604     else
605       ++i2;
606   }
607   return false;
608 }
609
610 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
611 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
612 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
613 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
614 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
615 /// form of jump threading.
616 bool SimplifyCFGOpt::
617 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
618                                               BasicBlock *Pred,
619                                               IRBuilder<> &Builder) {
620   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
621   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
622
623   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
624   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
625   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
626
627   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
628   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
629
630   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
631   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
632   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
633                                                         PredCases);
634   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
635
636   // Find information about how control leaves this block.
637   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
638   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
639   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
640
641   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
642   // simplify TI based on this knowledge.
643   if (PredDef == TI->getParent()) {
644     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
645     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
646     // can simplify TI.
647     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
648       return false;
649
650     if (isa<BranchInst>(TI)) {
651       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
652       // uncond br.
653       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
654       // Insert the new branch.
655       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
656       (void) NI;
657
658       // Remove PHI node entries for the dead edge.
659       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
660
661       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
662            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
663
664       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
665       return true;
666     }
667
668     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
669     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
670     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
671     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
672       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
673
674     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
675                  << "Through successor TI: " << *TI);
676
677     // Collect branch weights into a vector.
678     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
679     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
680     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
681     if (HasWeight)
682       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
683            ++MD_i) {
684         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
685         assert(CI);
686         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
687       }
688     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
689       --i;
690       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
691         if (HasWeight) {
692           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
693           Weights.pop_back();
694         }
695         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
696         SI->removeCase(i);
697       }
698     }
699     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
700       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
701                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
702                       createBranchWeights(Weights));
703
704     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
705     return true;
706   }
707
708   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
709   // which value (or set of values) this is.
710   ConstantInt *TIV = 0;
711   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
712   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
713     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
714       if (TIV != 0)
715         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
716       TIV = PredCases[i].Value;
717     }
718   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
719
720   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
721   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
722   BasicBlock *TheRealDest = 0;
723   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
724     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
725       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
726       break;
727     }
728
729   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
730   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
731
732   // Remove PHI node entries for dead edges.
733   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
734   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
735     if (*SI != CheckEdge)
736       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
737     else
738       CheckEdge = 0;
739
740   // Insert the new branch.
741   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
742   (void) NI;
743
744   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
745             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
746
747   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
748   return true;
749 }
750
751 namespace {
752   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
753   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
754   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
755   struct ConstantIntOrdering {
756     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
757       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
758     }
759   };
760 }
761
762 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
763   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
764   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
765   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
766     return 1;
767   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
768     return 0;
769   return -1;
770 }
771
772 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
773   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
774   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
775     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
776       return MDS->getString().equals("branch_weights");
777
778   return false;
779 }
780
781 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
782 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
783 /// metadata.
784 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
785                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
786   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
787   assert(MD);
788   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
789     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
790     assert(CI);
791     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
792   }
793
794   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
795   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
796   // default weight to be the first entry.
797   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
798     assert(Weights.size() == 2);
799     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
800     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
801       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
802   }
803 }
804
805 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
806 /// weights if any are.
807 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
808   bool Halve = false;
809   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
810     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
811       Halve = true;
812       break;
813     }
814
815   if (! Halve)
816     return;
817
818   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
819     Weights[i] /= 2;
820 }
821
822 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
823 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
824 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
825 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
826 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
827                                                          IRBuilder<> &Builder) {
828   BasicBlock *BB = TI->getParent();
829   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
830   assert(CV && "Not a comparison?");
831   bool Changed = false;
832
833   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
834   while (!Preds.empty()) {
835     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
836
837     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
838     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
839     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
840
841     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
842       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
843       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
844       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
845
846       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
847       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
848
849       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
850       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
851       // build.
852       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
853
854       // Update the branch weight metadata along the way
855       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
856       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
857       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
858
859       if (PredHasWeights) {
860         GetBranchWeights(PTI, Weights);
861         // branch-weight metadata is inconsistent here.
862         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
863           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
864       } else if (SuccHasWeights)
865         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
866         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
867         // successor's weights
868         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
869
870       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
871       if (SuccHasWeights) {
872         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
873         // branch-weight metadata is inconsistent here.
874         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
875           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
876       } else if (PredHasWeights)
877         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
878
879       if (PredDefault == BB) {
880         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
881         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
882         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
883         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
884           if (PredCases[i].Dest != BB)
885             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
886           else {
887             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
888             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
889
890             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
891               // Increase weight for the default case.
892               Weights[0] += Weights[i+1];
893               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
894               Weights.pop_back();
895             }
896
897             PredCases.pop_back();
898             --i; --e;
899           }
900
901         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
902         if (PredDefault != BBDefault) {
903           PredDefault->removePredecessor(Pred);
904           PredDefault = BBDefault;
905           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
906         }
907
908         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
909         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
910         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
911           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
912               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
913             PredCases.push_back(BBCases[i]);
914             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
915             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
916               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
917               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
918               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
919               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
920               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
921             }
922           }
923
924         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
925           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
926           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
927           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
928             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
929           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
930           Weights[0] *= SuccWeights[0];
931         }
932       } else {
933         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
934         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
935         // activated.
936         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
937         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
938         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
939           if (PredCases[i].Dest == BB) {
940             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
941
942             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
943               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
944               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
945               Weights.pop_back();
946             }
947
948             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
949             PredCases.pop_back();
950             --i; --e;
951           }
952
953         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
954         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
955         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
956           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
957             // If this is one we are capable of getting...
958             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
959               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
960             PredCases.push_back(BBCases[i]);
961             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
962             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
963           }
964
965         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
966         // they must go to the default destination of TI.
967         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
968                                     PTIHandled.begin(),
969                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
970           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
971             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
972           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
973           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
974         }
975       }
976
977       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
978       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
979       // successors.
980       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
981         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
982
983       Builder.SetInsertPoint(PTI);
984       // Convert pointer to int before we switch.
985       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
986         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
987         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
988                                     "magicptr");
989       }
990
991       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
992       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
993                                                PredCases.size());
994       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
995       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
996         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
997
998       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
999         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1000         FitWeights(Weights);
1001
1002         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1003
1004         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1005                            MDBuilder(BB->getContext()).
1006                            createBranchWeights(MDWeights));
1007       }
1008
1009       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1010
1011       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1012       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1013       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1014       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
1015       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1016         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1017           if (InfLoopBlock == 0) {
1018             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1019             // or it won't matter if it's hot. :)
1020             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1021                                               "infloop", BB->getParent());
1022             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1023           }
1024           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1025         }
1026
1027       Changed = true;
1028     }
1029   }
1030   return Changed;
1031 }
1032
1033 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1034 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1035 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1036 // to put the select in this case.
1037 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1038                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1039   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1040     PHINode *PN;
1041     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1042          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1043       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1044       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1045       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1046         return false;
1047       }
1048     }
1049   }
1050   return true;
1051 }
1052
1053 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1054 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1055 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1056 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1057   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1058   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1059   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1060   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1061   // identical order.
1062   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1063   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1064
1065   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1066   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1067
1068   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1069   // Skip debug info if it is not identical.
1070   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1071   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1072   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1073     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1074       I1 = BB1_Itr++;
1075     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1076       I2 = BB2_Itr++;
1077   }
1078   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1079       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1080     return false;
1081
1082   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
1083   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1084
1085   do {
1086     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1087     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1088     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1089       goto HoistTerminator;
1090
1091     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1092     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1093     // the now redundant second instruction.
1094     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1095     if (!I2->use_empty())
1096       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1097     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1098     I2->eraseFromParent();
1099
1100     I1 = BB1_Itr++;
1101     I2 = BB2_Itr++;
1102     // Skip debug info if it is not identical.
1103     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1104     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1105     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1106       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1107         I1 = BB1_Itr++;
1108       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1109         I2 = BB2_Itr++;
1110     }
1111   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1112
1113   return true;
1114
1115 HoistTerminator:
1116   // It may not be possible to hoist an invoke.
1117   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1118     return true;
1119
1120   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1121   Instruction *NT = I1->clone();
1122   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1123   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1124     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1125     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1126     NT->takeName(I1);
1127   }
1128
1129   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1130   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1131   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1132   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1133   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1134   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1135   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1136     PHINode *PN;
1137     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1138          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1139       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1140       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1141       if (BB1V == BB2V) continue;
1142
1143       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1144       // that determines the right value.
1145       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1146       if (SI == 0)
1147         SI = cast<SelectInst>
1148           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1149                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1150
1151       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1152       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1153         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1154           PN->setIncomingValue(i, SI);
1155     }
1156   }
1157
1158   // Update any PHI nodes in our new successors.
1159   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1160     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1161
1162   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1163   return true;
1164 }
1165
1166 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1167 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1168 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1169 /// in the two predecessors to BBEnd.
1170 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1171   assert(BI1->isUnconditional());
1172   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1173   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1174
1175   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1176   // an unconditional branch.
1177   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1178   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1179   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1180     return false;
1181   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1182   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1183     return false;
1184   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1185   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1186   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1187     return false;
1188
1189   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1190   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1191   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1192   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1193        I != E; ++I) {
1194     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1195       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1196       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1197       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1198     } else {
1199       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1200       break;
1201     }
1202   }
1203   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1204     return false;
1205
1206
1207   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1208   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1209   // instructions in an identical order.
1210   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1211       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1212       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1213   // Skip debug info.
1214   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1215   if (RI1 == RE1)
1216     return false;
1217   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1218   if (RI2 == RE2)
1219     return false;
1220   // Skip the unconditional branches.
1221   ++RI1;
1222   ++RI2;
1223
1224   bool Changed = false;
1225   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1226     // Skip debug info.
1227     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1228     if (RI1 == RE1)
1229       return Changed;
1230     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1231     if (RI2 == RE2)
1232       return Changed;
1233
1234     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1235     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1236     // perform the same operation.
1237     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1238     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1239         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1240         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1241         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1242         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1243         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1244         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1245         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1246         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1247       return Changed;
1248
1249     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1250     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1251     bool SwapOpnds = false;
1252     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1253         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1254         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1255         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1256          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1257       ICmp2->swapOperands();
1258       SwapOpnds = true;
1259     }
1260     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1261       if (SwapOpnds)
1262         ICmp2->swapOperands();
1263       return Changed;
1264     }
1265
1266     // The operands should be either the same or they need to be generated
1267     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1268     // a single pair of different operands.
1269     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1270     unsigned Op1Idx = 0;
1271     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1272       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1273         continue;
1274       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1275       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1276       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1277       if (DifferentOp1 ||
1278           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1279           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1280           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1281           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1282         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1283         if (SwapOpnds)
1284           ICmp2->swapOperands();
1285         return Changed;
1286       }
1287       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1288       Op1Idx = I;
1289       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1290     }
1291
1292     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1293     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1294     if (DifferentOp1) {
1295       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1296                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1297                                        BBEnd->begin());
1298       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1299       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1300       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1301       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1302       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1303       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1304     }
1305     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1306     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1307
1308     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1309     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1310     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1311     // instruction in the basic block down.
1312     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1313     // Sink the instruction.
1314     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1315     if (!OldPN->use_empty())
1316       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1317     OldPN->eraseFromParent();
1318
1319     if (!I2->use_empty())
1320       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1321     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1322     I2->eraseFromParent();
1323
1324     if (UpdateRE1)
1325       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1326     if (UpdateRE2)
1327       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1328     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1329     NumSinkCommons++;
1330     Changed = true;
1331   }
1332   return Changed;
1333 }
1334
1335 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1336 ///
1337 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1338 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1339 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1340 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1341 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1342 ///
1343 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1344 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1345 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1346 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1347 ///
1348 ///
1349 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1350 /// \code
1351 ///   BB:
1352 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1353 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1354 ///   ThenBB:
1355 ///     %sub = sub %x, %y
1356 ///     br label BB2
1357 ///   EndBB:
1358 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1359 ///     ...
1360 /// \endcode
1361 ///
1362 /// Into this IR:
1363 /// \code
1364 ///   BB:
1365 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1366 ///     %sub = sub %x, %y
1367 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1368 ///     ...
1369 /// \endcode
1370 ///
1371 /// \returns true if the conditional block is removed.
1372 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB) {
1373   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1374   Value *BrCond = BI->getCondition();
1375   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1376     return false;
1377
1378   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1379   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1380
1381   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1382   // to swap the select operands later.
1383   bool Invert = false;
1384   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1385     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1386     Invert = true;
1387   }
1388   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1389
1390   unsigned SpeculationCost = 0;
1391   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1392                             BBE = llvm::prior(ThenBB->end());
1393        BBI != BBE; ++BBI) {
1394     Instruction *I = BBI;
1395     // Skip debug info.
1396     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1397       continue;
1398
1399     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1400     // terminator) for now.
1401     ++SpeculationCost;
1402     if (SpeculationCost > 1)
1403       return false;
1404
1405     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1406     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
1407       return false;
1408     if (ComputeSpeculationCost(I) > PHINodeFoldingThreshold)
1409       return false;
1410
1411     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1412     // used in this BB. The transformation will prevent the operand from
1413     // being sunk into the use block.
1414     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1415          i != e; ++i) {
1416       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1417       if (OpI && OpI->getParent() == BB &&
1418           !OpI->mayHaveSideEffects() &&
1419           !OpI->isUsedInBasicBlock(BB))
1420         return false;
1421     }
1422   }
1423
1424   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1425   bool HaveRewritablePHIs = false;
1426   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1427        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1428     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1429     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1430
1431     // Skip PHIs which are trivial.
1432     if (ThenV == OrigV)
1433       continue;
1434
1435     HaveRewritablePHIs = true;
1436
1437     // Check for safety.
1438     ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1439     if (!CE)
1440       continue; // Known safe.
1441
1442     // An unfolded ConstantExpr could end up getting expanded into
1443     // Instructions. Don't speculate this and another instruction at
1444     // the same time.
1445     if (SpeculationCost > 0)
1446       return false;
1447     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1448       return false;
1449     if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1450       return false;
1451   }
1452
1453   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1454   // as well.
1455   if (!HaveRewritablePHIs)
1456     return false;
1457
1458   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1459   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1460
1461   // Hoist the instructions.
1462   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1463                            llvm::prior(ThenBB->end()));
1464
1465   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1466   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1467   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1468        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1469     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1470     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1471     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1472     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1473
1474     // Skip PHIs which are trivial.
1475     if (OrigV == ThenV)
1476       continue;
1477
1478     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1479     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1480     // destinations were inverted.
1481     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1482     if (Invert)
1483       std::swap(TrueV, FalseV);
1484     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1485                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1486     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1487     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1488   }
1489
1490   ++NumSpeculations;
1491   return true;
1492 }
1493
1494 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1495 /// across this block.
1496 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1497   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1498   unsigned Size = 0;
1499
1500   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1501     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1502       continue;
1503     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1504     ++Size;
1505
1506     // We can only support instructions that do not define values that are
1507     // live outside of the current basic block.
1508     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1509          UI != E; ++UI) {
1510       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1511       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1512     }
1513
1514     // Looks ok, continue checking.
1515   }
1516
1517   return true;
1518 }
1519
1520 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1521 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1522 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1523 /// ultimate destination.
1524 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1525   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1526   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1527   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1528   // outside of the block.
1529   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1530     return false;
1531
1532   // Degenerate case of a single entry PHI.
1533   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1534     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1535     return true;
1536   }
1537
1538   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1539   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1540
1541   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1542   // constants.
1543   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1544     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1545     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1546
1547     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1548     // branch to RealDest.
1549     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1550     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1551
1552     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1553     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1554     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1555
1556     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1557     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1558     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1559     // the edge we are about to create.
1560     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1561                                             RealDest->getName()+".critedge",
1562                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1563     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1564
1565     // Update PHI nodes.
1566     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1567
1568     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1569     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1570     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1571     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1572     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1573     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1574       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1575         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1576         continue;
1577       }
1578       // Clone the instruction.
1579       Instruction *N = BBI->clone();
1580       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1581
1582       // Update operands due to translation.
1583       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1584            i != e; ++i) {
1585         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1586         if (PI != TranslateMap.end())
1587           *i = PI->second;
1588       }
1589
1590       // Check for trivial simplification.
1591       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1592         TranslateMap[BBI] = V;
1593         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1594       } else {
1595         // Insert the new instruction into its new home.
1596         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1597         if (!BBI->use_empty())
1598           TranslateMap[BBI] = N;
1599       }
1600     }
1601
1602     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1603     // to EdgeBB instead.
1604     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1605     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1606       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1607         BB->removePredecessor(PredBB);
1608         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1609       }
1610
1611     // Recurse, simplifying any other constants.
1612     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1613   }
1614
1615   return false;
1616 }
1617
1618 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1619 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1620 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1621   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1622   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1623   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1624   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1625   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1626   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1627   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1628   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1629   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1630   if (!IfCond ||
1631       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1632       isa<ConstantInt>(IfCond))
1633     return false;
1634
1635   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1636   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1637   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1638   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1639   // fewer PHI nodes in this block.
1640   unsigned NumPhis = 0;
1641   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1642     if (NumPhis > 2)
1643       return false;
1644
1645   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1646   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1647   // that need to be moved to the dominating block.
1648   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1649   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1650            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1651
1652   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1653     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1654     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1655       PN->replaceAllUsesWith(V);
1656       PN->eraseFromParent();
1657       continue;
1658     }
1659
1660     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1661                              MaxCostVal0) ||
1662         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1663                              MaxCostVal1))
1664       return false;
1665   }
1666
1667   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1668   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1669   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1670   if (PN == 0) return true;
1671
1672   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1673   // often be turned into switches and other things.
1674   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1675       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1676        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1677        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1678     return false;
1679
1680   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1681   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1682   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1683   // worth promoting to select instructions.
1684   BasicBlock *DomBlock = 0;
1685   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1686   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1687   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1688     IfBlock1 = 0;
1689   } else {
1690     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1691     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1692       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1693         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1694         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1695         // flow, so the xform is not worth it.
1696         return false;
1697       }
1698   }
1699
1700   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1701     IfBlock2 = 0;
1702   } else {
1703     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1704     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1705       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1706         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1707         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1708         // flow, so the xform is not worth it.
1709         return false;
1710       }
1711   }
1712
1713   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1714                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1715
1716   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1717   // do all of the PHI's now.
1718   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1719   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1720
1721   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1722   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1723   if (IfBlock1)
1724     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1725                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1726                                    IfBlock1->getTerminator());
1727   if (IfBlock2)
1728     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1729                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1730                                    IfBlock2->getTerminator());
1731
1732   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1733     // Change the PHI node into a select instruction.
1734     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1735     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1736
1737     SelectInst *NV =
1738       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1739     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1740     NV->takeName(PN);
1741     PN->eraseFromParent();
1742   }
1743
1744   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1745   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1746   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1747   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1748   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1749   Builder.CreateBr(BB);
1750   OldTI->eraseFromParent();
1751   return true;
1752 }
1753
1754 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1755 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1756 /// introducing a select if the return values disagree.
1757 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1758                                            IRBuilder<> &Builder) {
1759   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1760   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1761   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1762   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1763   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1764
1765   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1766   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1767   // computation on one path or the other.
1768   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1769     return false;
1770   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1771     return false;
1772
1773   Builder.SetInsertPoint(BI);
1774   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1775   // there is no return value for this function, just change the
1776   // branch into a return.
1777   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1778     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1779     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1780     Builder.CreateRetVoid();
1781     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1782     return true;
1783   }
1784
1785   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1786   // so we can insert a new select instruction.
1787   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1788   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1789
1790   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1791   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1792     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1793       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1794   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1795     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1796       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1797
1798   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1799   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1800   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1801   // constant expression that prevents this transformation from being
1802   // safe.
1803   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1804     if (TCV->canTrap())
1805       return false;
1806   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1807     if (FCV->canTrap())
1808       return false;
1809
1810   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1811   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1812   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1813   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1814
1815   // Insert select instructions where needed.
1816   Value *BrCond = BI->getCondition();
1817   if (TrueValue) {
1818     // Insert a select if the results differ.
1819     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1820     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1821       TrueValue = FalseValue;
1822     } else {
1823       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1824                                        FalseValue, "retval");
1825     }
1826   }
1827
1828   Value *RI = !TrueValue ?
1829     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1830
1831   (void) RI;
1832
1833   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1834                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1835                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1836
1837   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1838
1839   return true;
1840 }
1841
1842 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1843 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1844 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1845 /// found.
1846 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1847                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1848   assert(BI->isConditional() &&
1849          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1850   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1851   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1852   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1853   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1854   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1855   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1856   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1857   return true;
1858 }
1859
1860 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1861 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1862 ///
1863 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1864   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1865     return false;
1866   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1867     Instruction *PBI = &*I;
1868     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1869     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1870       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1871       Inst->eraseFromParent();
1872       return true;
1873     }
1874   }
1875   return false;
1876 }
1877
1878 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1879 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1880 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1881 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1882   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1883
1884   Instruction *Cond = 0;
1885   if (BI->isConditional())
1886     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1887   else {
1888     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1889     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1890     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1891     // predecessor.
1892     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1893       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1894         if (PBI->isConditional() &&
1895             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1896              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1897           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1898                I != E; ) {
1899             Instruction *Curr = I++;
1900             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1901               Cond = Curr;
1902               break;
1903             }
1904             // Quit if we can't remove this instruction.
1905             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1906               return false;
1907           }
1908         }
1909
1910     if (Cond == 0)
1911       return false;
1912   }
1913
1914   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
1915     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
1916   return false;
1917
1918   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
1919   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
1920   // must be at the front of the block.
1921   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
1922
1923   // Ignore dbg intrinsics.
1924   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1925
1926   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
1927   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
1928   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
1929   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
1930   Instruction *BonusInst = 0;
1931   if (&*FrontIt != Cond &&
1932       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
1933       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
1934     BonusInst = &*FrontIt;
1935     ++FrontIt;
1936
1937     // Ignore dbg intrinsics.
1938     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
1939   }
1940
1941   // Only a single bonus inst is allowed.
1942   if (&*FrontIt != Cond)
1943     return false;
1944
1945   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
1946   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
1947
1948   // Ingore dbg intrinsics.
1949   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
1950
1951   if (&*CondIt != BI)
1952     return false;
1953
1954   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
1955   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
1956   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
1957     if (CE->canTrap())
1958       return false;
1959   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
1960     if (CE->canTrap())
1961       return false;
1962
1963   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
1964   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
1965   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
1966   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
1967     return false;
1968
1969   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1970     BasicBlock *PredBlock = *PI;
1971     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
1972
1973     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
1974     // the common successor, verify that the same value flows in from both
1975     // blocks.
1976     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
1977     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
1978         (BI->isConditional() &&
1979          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
1980         (!BI->isConditional() &&
1981          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
1982       continue;
1983
1984     // Determine if the two branches share a common destination.
1985     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
1986     bool InvertPredCond = false;
1987
1988     if (BI->isConditional()) {
1989       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
1990         Opc = Instruction::Or;
1991       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
1992         Opc = Instruction::And;
1993       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
1994         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
1995       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
1996         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
1997       else
1998         continue;
1999     } else {
2000       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2001         continue;
2002     }
2003
2004     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2005     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2006     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2007     // out-of-order core by speculating them earlier.
2008     if (BonusInst) {
2009       // Collect the values used by the bonus inst
2010       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2011       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2012            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2013         Value *V = *OI;
2014         if (!isa<Constant>(V))
2015           UsedValues.insert(V);
2016       }
2017
2018       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2019       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2020
2021       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2022       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2023       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2024       while (!Worklist.empty()) {
2025         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2026         Worklist.pop_back();
2027
2028         if (Pair.second >= 4) continue;
2029         UsedValues.erase(Pair.first);
2030         if (UsedValues.empty()) break;
2031
2032         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2033           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2034                OI != OE; ++OI)
2035             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2036         }
2037       }
2038
2039       if (!UsedValues.empty()) return false;
2040     }
2041
2042     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2043     IRBuilder<> Builder(PBI);
2044
2045     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2046     if (InvertPredCond) {
2047       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2048
2049       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2050         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2051         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2052       } else {
2053         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2054                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2055       }
2056
2057       PBI->setCondition(NewCond);
2058       PBI->swapSuccessors();
2059     }
2060
2061     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2062     Instruction *NewBonus = 0;
2063     if (BonusInst) {
2064       NewBonus = BonusInst->clone();
2065       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2066       NewBonus->takeName(BonusInst);
2067       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2068     }
2069
2070     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2071     // two conditions together.
2072     Instruction *New = Cond->clone();
2073     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2074     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2075     New->takeName(Cond);
2076     Cond->setName(New->getName()+".old");
2077
2078     if (BI->isConditional()) {
2079       Instruction *NewCond =
2080         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2081                                             New, "or.cond"));
2082       PBI->setCondition(NewCond);
2083
2084       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2085       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2086                                                   PredFalseWeight);
2087       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2088                                                   SuccFalseWeight);
2089       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2090
2091       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2092         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2093           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2094           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2095           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2096           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2097           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2098           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2099           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2100           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2101           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2102                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2103         }
2104         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2105         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2106       }
2107       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2108         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2109           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2110           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2111           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2112           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2113           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2114               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2115           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2116           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2117         }
2118         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2119         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2120       }
2121       if (NewWeights.size() == 2) {
2122         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2123         FitWeights(NewWeights);
2124
2125         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2126         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2127                          MDBuilder(BI->getContext()).
2128                          createBranchWeights(MDWeights));
2129       } else
2130         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2131     } else {
2132       // Update PHI nodes in the common successors.
2133       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2134         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2135           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2136         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2137         Instruction *MergedCond = 0;
2138         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2139           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2140           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2141           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2142           Instruction *NotCond =
2143             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2144                                 "not.cond"));
2145           MergedCond =
2146             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2147                                 NotCond, New,
2148                                 "and.cond"));
2149           if (PBI_C->isOne())
2150             MergedCond =
2151               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2152                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2153                                   "or.cond"));
2154         } else {
2155           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2156           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2157           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2158           MergedCond =
2159             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2160                                 PBI->getCondition(), New,
2161                                 "and.cond"));
2162           if (PBI_C->isOne()) {
2163             Instruction *NotCond =
2164               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2165                                   "not.cond"));
2166             MergedCond =
2167               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2168                                   NotCond, MergedCond,
2169                                   "or.cond"));
2170           }
2171         }
2172         // Update PHI Node.
2173         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2174                                   MergedCond);
2175       }
2176       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2177       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2178       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2179       PBI = New_PBI;
2180     }
2181
2182     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2183     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2184
2185     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2186     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2187       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2188         I->clone()->insertBefore(PBI);
2189
2190     return true;
2191   }
2192   return false;
2193 }
2194
2195 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2196 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2197 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2198 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2199 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2200   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2201   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2202
2203   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2204   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2205   // this conditional branch redundant.
2206   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2207       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2208     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2209     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2210     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2211       // Turn this into a branch on constant.
2212       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2213       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2214                                         CondIsTrue));
2215       return true;  // Nuke the branch on constant.
2216     }
2217
2218     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2219     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2220     // simplifycfg will thread the block.
2221     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2222       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2223       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2224                                        std::distance(PB, PE),
2225                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2226                                        BB->begin());
2227       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2228       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2229       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2230       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2231         BasicBlock *P = *PI;
2232         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2233             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2234             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2235             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2236           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2237           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2238                                               CondIsTrue), P);
2239         } else {
2240           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2241         }
2242       }
2243
2244       BI->setCondition(NewPN);
2245       return true;
2246     }
2247   }
2248
2249   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2250   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2251   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2252   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2253   // Ignore dbg intrinsics.
2254   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2255     ++BBI;
2256   if (&*BBI != BI)
2257     return false;
2258
2259
2260   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2261     if (CE->canTrap())
2262       return false;
2263
2264   int PBIOp, BIOp;
2265   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2266     PBIOp = BIOp = 0;
2267   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2268     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2269   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2270     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2271   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2272     PBIOp = BIOp = 1;
2273   else
2274     return false;
2275
2276   // Check to make sure that the other destination of this branch
2277   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2278   // keep getting unwound.
2279   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2280     return false;
2281
2282   // Do not perform this transformation if it would require
2283   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2284   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2285   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2286
2287   unsigned NumPhis = 0;
2288   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2289        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2290     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2291       return false;
2292
2293   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2294   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2295
2296   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2297                << "AND: " << *BI->getParent());
2298
2299
2300   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2301   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2302   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2303   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2304   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2305   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2306   // infinite loop with no cond branch.
2307   if (OtherDest == BB) {
2308     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2309     // or it won't matter if it's hot. :)
2310     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2311                                                   "infloop", BB->getParent());
2312     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2313     OtherDest = InfLoopBlock;
2314   }
2315
2316   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2317
2318   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2319   // it alone, but modify PBI.
2320
2321   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2322   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2323   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2324   if (PBIOp)
2325     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2326
2327   Value *BICond = BI->getCondition();
2328   if (BIOp)
2329     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2330
2331   // Merge the conditions.
2332   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2333
2334   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2335   PBI->setCondition(Cond);
2336   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2337   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2338
2339   // Update branch weight for PBI.
2340   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2341   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2342                                               PredFalseWeight);
2343   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2344                                               SuccFalseWeight);
2345   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2346     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2347     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2348     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2349     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2350     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2351     //                                    PredOther * SuccCommon.
2352     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2353     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2354     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2355                          PredOther * SuccCommon);
2356     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2357     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2358     FitWeights(NewWeights);
2359
2360     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2361     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2362                      MDBuilder(BI->getContext()).
2363                      createBranchWeights(MDWeights));
2364   }
2365
2366   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2367   // block that are identical to the entries for BI's block.
2368   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2369
2370   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2371   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2372   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2373   // them agree.
2374   PHINode *PN;
2375   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2376        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2377     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2378     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2379     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2380     if (BIV != PBIV) {
2381       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2382       Value *NV = cast<SelectInst>
2383         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2384       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2385     }
2386   }
2387
2388   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2389   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2390
2391   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2392   // one fewer predecessor.
2393   return true;
2394 }
2395
2396 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2397 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2398 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2399 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2400 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2401 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2402                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2403                                        uint32_t TrueWeight,
2404                                        uint32_t FalseWeight){
2405   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2406   // First, figure out which successors to preserve.
2407   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2408   // successor.
2409   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2410   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2411
2412   // Then remove the rest.
2413   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2414     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2415     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2416     if (Succ == KeepEdge1)
2417       KeepEdge1 = 0;
2418     else if (Succ == KeepEdge2)
2419       KeepEdge2 = 0;
2420     else
2421       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2422   }
2423
2424   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2425   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2426
2427   // Insert an appropriate new terminator.
2428   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2429     if (TrueBB == FalseBB)
2430       // We were only looking for one successor, and it was present.
2431       // Create an unconditional branch to it.
2432       Builder.CreateBr(TrueBB);
2433     else {
2434       // We found both of the successors we were looking for.
2435       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2436       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2437       if (TrueWeight != FalseWeight)
2438         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2439                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2440                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2441     }
2442   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2443     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2444     // terminator must be unreachable.
2445     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2446   } else {
2447     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2448     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2449     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2450     if (KeepEdge1 == 0)
2451       // Only TrueBB was found.
2452       Builder.CreateBr(TrueBB);
2453     else
2454       // Only FalseBB was found.
2455       Builder.CreateBr(FalseBB);
2456   }
2457
2458   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2459   return true;
2460 }
2461
2462 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2463 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2464 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2465 // unconditional otherwise.
2466 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2467   // Check for constant integer values in the select.
2468   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2469   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2470   if (!TrueVal || !FalseVal)
2471     return false;
2472
2473   // Find the relevant condition and destinations.
2474   Value *Condition = Select->getCondition();
2475   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2476   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2477
2478   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2479   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2480   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2481   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2482   if (HasWeights) {
2483     GetBranchWeights(SI, Weights);
2484     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2485       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2486                                      getSuccessorIndex()];
2487       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2488                                       getSuccessorIndex()];
2489     }
2490   }
2491
2492   // Perform the actual simplification.
2493   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2494                                     TrueWeight, FalseWeight);
2495 }
2496
2497 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2498 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2499 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2500 // with
2501 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2502 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2503   // Check that both operands of the select are block addresses.
2504   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2505   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2506   if (!TBA || !FBA)
2507     return false;
2508
2509   // Extract the actual blocks.
2510   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2511   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2512
2513   // Perform the actual simplification.
2514   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2515                                     0, 0);
2516 }
2517
2518 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2519 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2520 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2521 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2522 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2523 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2524 /// like:
2525 ///
2526 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2527 /// DEFAULT:
2528 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2529 ///   br label %end
2530 /// end:
2531 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2532 ///
2533 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2534 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2535 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2536     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2537     const DataLayout *TD) {
2538   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2539
2540   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2541   // complex.
2542   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2543
2544   Value *V = ICI->getOperand(0);
2545   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2546
2547   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2548   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2549   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2550   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2551   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2552
2553   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2554   if (SI->getCondition() != V)
2555     return false;
2556
2557   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2558   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2559   // away.
2560   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2561     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2562     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2563     ICI->setOperand(0, VVal);
2564
2565     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2566       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2567       ICI->eraseFromParent();
2568     }
2569     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2570     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2571   }
2572
2573   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2574   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2575   // and zap it.
2576   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2577     Value *V;
2578     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2579       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2580     else
2581       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2582
2583     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2584     ICI->eraseFromParent();
2585     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2586     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2587   }
2588
2589   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2590   // the block.
2591   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2592   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2593   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2594       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2595     return false;
2596
2597   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2598   // true in the PHI.
2599   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2600   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2601
2602   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2603     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2604
2605   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2606   // false depending on if it is EQ or NE.
2607   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2608   ICI->eraseFromParent();
2609
2610   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2611   // the switch to the merge point on the compared value.
2612   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2613                                          BB->getParent(), BB);
2614   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2615   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2616   if (HasWeights) {
2617     GetBranchWeights(SI, Weights);
2618     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2619       // Split weight for default case to case for "Cst".
2620       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2621       Weights.push_back(Weights[0]);
2622
2623       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2624       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2625                       MDBuilder(SI->getContext()).
2626                       createBranchWeights(MDWeights));
2627     }
2628   }
2629   SI->addCase(Cst, NewBB);
2630
2631   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2632   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2633   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2634   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2635   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2636   return true;
2637 }
2638
2639 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2640 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2641 /// fold it into a switch instruction if so.
2642 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2643                                       IRBuilder<> &Builder) {
2644   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2645   if (Cond == 0) return false;
2646
2647
2648   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2649   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2650   // 'setne's and'ed together, collect them.
2651   Value *CompVal = 0;
2652   std::vector<ConstantInt*> Values;
2653   bool TrueWhenEqual = true;
2654   Value *ExtraCase = 0;
2655   unsigned UsedICmps = 0;
2656
2657   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2658     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2659                                      UsedICmps);
2660   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2661     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2662                                      UsedICmps);
2663     TrueWhenEqual = false;
2664   }
2665
2666   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2667   if (CompVal == 0) return false;
2668
2669   // Avoid turning single icmps into a switch.
2670   if (UsedICmps <= 1)
2671     return false;
2672
2673   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2674   // instruction can't handle, remove them now.
2675   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2676   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2677
2678   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2679   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2680   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2681
2682   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2683   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2684
2685   // Figure out which block is which destination.
2686   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2687   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2688   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2689
2690   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2691
2692   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2693                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2694
2695   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2696   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2697   // right before the condbr to handle it.
2698   if (ExtraCase) {
2699     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2700     // Remove the uncond branch added to the old block.
2701     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2702     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2703
2704     if (TrueWhenEqual)
2705       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2706     else
2707       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2708
2709     OldTI->eraseFromParent();
2710
2711     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2712     // for the edge we just added.
2713     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2714
2715     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2716           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2717     BB = NewBB;
2718   }
2719
2720   Builder.SetInsertPoint(BI);
2721   // Convert pointer to int before we switch.
2722   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2723     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2724     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2725                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2726                                      "magicptr");
2727   }
2728
2729   // Create the new switch instruction now.
2730   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2731
2732   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2733   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2734     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2735
2736   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2737   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2738   // the number of edges added.
2739   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2740        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2741     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2742     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2743     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2744       PN->addIncoming(InVal, BB);
2745   }
2746
2747   // Erase the old branch instruction.
2748   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2749
2750   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2751   return true;
2752 }
2753
2754 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2755   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2756   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2757   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2758   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2759   if (RI->getValue() != LPInst)
2760     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2761     // caused control to branch here.
2762     return false;
2763
2764   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2765   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2766   while (++I != E)
2767     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2768       return false;
2769
2770   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2771   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2772     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2773     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2774     // Insert a call instruction before the invoke.
2775     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2776     Call->takeName(II);
2777     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2778     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2779     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2780
2781     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2782     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2783     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2784     // updated.
2785     II->replaceAllUsesWith(Call);
2786     BB->removePredecessor(II->getParent());
2787
2788     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2789     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2790
2791     // Finally, delete the invoke instruction!
2792     II->eraseFromParent();
2793   }
2794
2795   // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2796   BB->eraseFromParent();
2797   return true;
2798 }
2799
2800 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2801   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2802   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2803
2804   // Find predecessors that end with branches.
2805   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2806   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2807   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2808     BasicBlock *P = *PI;
2809     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2810     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2811       if (BI->isUnconditional())
2812         UncondBranchPreds.push_back(P);
2813       else
2814         CondBranchPreds.push_back(BI);
2815     }
2816   }
2817
2818   // If we found some, do the transformation!
2819   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2820     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2821       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2822       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2823             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2824       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2825     }
2826
2827     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2828     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2829       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2830       BB->eraseFromParent();
2831
2832     return true;
2833   }
2834
2835   // Check out all of the conditional branches going to this return
2836   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2837   // branch itself into a select/return pair.
2838   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2839     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2840
2841     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2842     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2843         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2844         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2845       return true;
2846   }
2847   return false;
2848 }
2849
2850 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2851   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2852
2853   bool Changed = false;
2854
2855   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2856   // be removed, do so.
2857   while (UI != BB->begin()) {
2858     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2859     --BBI;
2860     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2861     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2862     // operations may have this effect.
2863     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2864
2865     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2866       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2867         if (SI->isVolatile())
2868           break;
2869       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2870         if (LI->isVolatile())
2871           break;
2872       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2873         if (RMWI->isVolatile())
2874           break;
2875       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2876         if (CXI->isVolatile())
2877           break;
2878       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
2879                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
2880         break;
2881       }
2882       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
2883       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
2884       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
2885       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
2886     }
2887
2888     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
2889     if (!BBI->use_empty())
2890       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
2891     BBI->eraseFromParent();
2892     Changed = true;
2893   }
2894
2895   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
2896   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
2897   if (&BB->front() != UI) return Changed;
2898
2899   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2900   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
2901     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
2902     IRBuilder<> Builder(TI);
2903     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
2904       if (BI->isUnconditional()) {
2905         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2906           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
2907           TI->eraseFromParent();
2908           Changed = true;
2909         }
2910       } else {
2911         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
2912           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
2913           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2914         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
2915           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
2916           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2917           Changed = true;
2918         }
2919       }
2920     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
2921       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2922            i != e; ++i)
2923         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
2924           BB->removePredecessor(SI->getParent());
2925           SI->removeCase(i);
2926           --i; --e;
2927           Changed = true;
2928         }
2929       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
2930       // destination and make it the default.
2931       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
2932         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
2933         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2934              i != e; ++i) {
2935           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
2936               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
2937           if (entry.first == 0) {
2938             entry.first = 1;
2939             entry.second = i.getCaseIndex();
2940           } else {
2941             entry.first++;
2942           }
2943         }
2944
2945         // Find the most popular block.
2946         unsigned MaxPop = 0;
2947         unsigned MaxIndex = 0;
2948         BasicBlock *MaxBlock = 0;
2949         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
2950              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
2951           if (I->second.first > MaxPop ||
2952               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
2953             MaxPop = I->second.first;
2954             MaxIndex = I->second.second;
2955             MaxBlock = I->first;
2956           }
2957         }
2958         if (MaxBlock) {
2959           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
2960           // edges to it.
2961           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
2962           Changed = true;
2963
2964           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
2965           // it.
2966           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
2967             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
2968               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
2969
2970           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
2971                i != e; ++i)
2972             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
2973               SI->removeCase(i);
2974               --i; --e;
2975             }
2976         }
2977       }
2978     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
2979       if (II->getUnwindDest() == BB) {
2980         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
2981         // place to note that the call does not throw though.
2982         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
2983         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
2984
2985         // Insert the call now...
2986         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
2987         Builder.SetInsertPoint(BI);
2988         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
2989                                           Args, II->getName());
2990         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
2991         CI->setAttributes(II->getAttributes());
2992         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
2993         II->replaceAllUsesWith(CI);
2994         delete II;
2995         Changed = true;
2996       }
2997     }
2998   }
2999
3000   // If this block is now dead, remove it.
3001   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3002       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3003     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3004     BB->eraseFromParent();
3005     return true;
3006   }
3007
3008   return Changed;
3009 }
3010
3011 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3012 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3013 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3014   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3015
3016   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3017   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3018   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3019   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3020   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3021   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3022     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3023       return false;
3024     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3025   }
3026   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3027
3028   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3029   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3030   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3031     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3032       return false;
3033   }
3034
3035   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3036   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3037
3038   Value *Sub = SI->getCondition();
3039   if (!Offset->isNullValue())
3040     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3041   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3042   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3043       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3044
3045   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3046   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3047   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3048   if (HasWeights) {
3049     GetBranchWeights(SI, Weights);
3050     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3051       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3052       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3053       // bits.
3054       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3055       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3056         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3057       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3058                          MDBuilder(SI->getContext()).
3059                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3060                                              (uint32_t)Weights[0]));
3061     }
3062   }
3063
3064   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3065   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3066        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3067     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3068       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3069   }
3070   SI->eraseFromParent();
3071
3072   return true;
3073 }
3074
3075 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3076 /// and use it to remove dead cases.
3077 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3078   Value *Cond = SI->getCondition();
3079   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
3080   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3081   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3082
3083   // Gather dead cases.
3084   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3085   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3086     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3087         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3088       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3089       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3090                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3091     }
3092   }
3093
3094   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3095   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3096   if (HasWeight) {
3097     GetBranchWeights(SI, Weights);
3098     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3099   }
3100
3101   // Remove dead cases from the switch.
3102   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3103     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3104     assert(Case != SI->case_default() &&
3105            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3106     if (HasWeight) {
3107       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3108       Weights.pop_back();
3109     }
3110
3111     // Prune unused values from PHI nodes.
3112     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3113     SI->removeCase(Case);
3114   }
3115   if (HasWeight) {
3116     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3117     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3118                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3119                     createBranchWeights(MDWeights));
3120   }
3121
3122   return !DeadCases.empty();
3123 }
3124
3125 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3126 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3127 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3128 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3129 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3130 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3131                                               BasicBlock *BB,
3132                                               int *PhiIndex) {
3133   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3134     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3135   if (!BB->getSinglePredecessor())
3136     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3137
3138   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3139   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3140     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3141
3142   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3143
3144   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3145   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3146     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3147     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3148
3149     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3150     if (InValue != CaseValue) continue;
3151
3152     *PhiIndex = Idx;
3153     return PHI;
3154   }
3155
3156   return NULL;
3157 }
3158
3159 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3160 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3161 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3162 /// Returns true if a change is made.
3163 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3164   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3165   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3166
3167   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3168     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3169     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3170
3171     int PhiIndex;
3172     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3173                                                  &PhiIndex);
3174     if (!PHI) continue;
3175
3176     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3177   }
3178
3179   bool Changed = false;
3180
3181   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3182        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3183     PHINode *Phi = I->first;
3184     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
3185
3186     if (Indexes.size() < 2) continue;
3187
3188     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3189       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3190     Changed = true;
3191   }
3192
3193   return Changed;
3194 }
3195
3196 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3197 /// initializing an array of constants like C.
3198 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3199   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3200     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3201
3202   return isa<ConstantFP>(C) ||
3203       isa<ConstantInt>(C) ||
3204       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3205       isa<GlobalValue>(C) ||
3206       isa<UndefValue>(C);
3207 }
3208
3209 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3210 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3211 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3212                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3213   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3214     return C;
3215   return ConstantPool.lookup(V);
3216 }
3217
3218 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3219 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3220 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3221 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3222 static Constant *ConstantFold(Instruction *I,
3223                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3224   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3225     Constant *A = LookupConstant(BO->getOperand(0), ConstantPool);
3226     if (!A)
3227       return 0;
3228     Constant *B = LookupConstant(BO->getOperand(1), ConstantPool);
3229     if (!B)
3230       return 0;
3231     return ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), A, B);
3232   }
3233
3234   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3235     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3236     if (!A)
3237       return 0;
3238     Constant *B = LookupConstant(I->getOperand(1), ConstantPool);
3239     if (!B)
3240       return 0;
3241     return ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(), A, B);
3242   }
3243
3244   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3245     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3246     if (!A)
3247       return 0;
3248     if (A->isAllOnesValue())
3249       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3250     if (A->isNullValue())
3251       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3252     return 0;
3253   }
3254
3255   if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3256     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3257     if (!A)
3258       return 0;
3259     return ConstantExpr::getCast(Cast->getOpcode(), A, Cast->getDestTy());
3260   }
3261
3262   return 0;
3263 }
3264
3265 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3266 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3267 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3268 /// case), of a switch instruction SI.
3269 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3270                            ConstantInt *CaseVal,
3271                            BasicBlock *CaseDest,
3272                            BasicBlock **CommonDest,
3273                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
3274   // The block from which we enter the common destination.
3275   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3276
3277   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3278   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3279   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3280   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3281   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3282        ++I) {
3283     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3284       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3285       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3286         return false;
3287       Pred = CaseDest;
3288       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3289     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3290       // Skip debug intrinsic.
3291       continue;
3292     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool)) {
3293       // Instruction is side-effect free and constant.
3294       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3295     } else {
3296       break;
3297     }
3298   }
3299
3300   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3301   if (!*CommonDest)
3302     *CommonDest = CaseDest;
3303   // If the destination isn't the common one, abort.
3304   if (CaseDest != *CommonDest)
3305     return false;
3306
3307   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3308   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3309   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3310     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3311     if (Idx == -1)
3312       continue;
3313
3314     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3315                                         ConstantPool);
3316     if (!ConstVal)
3317       return false;
3318
3319     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3320     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3321     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3322     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3323     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3324
3325     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3326     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3327       return false;
3328
3329     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3330   }
3331
3332   return true;
3333 }
3334
3335 namespace {
3336   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3337   /// to replace a switch.
3338   class SwitchLookupTable {
3339   public:
3340     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3341     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3342     /// table.
3343     SwitchLookupTable(Module &M,
3344                       uint64_t TableSize,
3345                       ConstantInt *Offset,
3346                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3347                       Constant *DefaultValue,
3348                       const DataLayout *TD);
3349
3350     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3351     /// the position given by Index in the lookup table.
3352     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3353
3354     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3355     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3356     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3357                                    uint64_t TableSize,
3358                                    const Type *ElementType);
3359
3360   private:
3361     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3362     // different ways.
3363     enum {
3364       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3365       // store that single value and return it for each lookup.
3366       SingleValueKind,
3367
3368       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3369       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3370       // shift and mask operations.
3371       BitMapKind,
3372
3373       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3374       // instructions from the table.
3375       ArrayKind
3376     } Kind;
3377
3378     // For SingleValueKind, this is the single value.
3379     Constant *SingleValue;
3380
3381     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3382     ConstantInt *BitMap;
3383     IntegerType *BitMapElementTy;
3384
3385     // For ArrayKind, this is the array.
3386     GlobalVariable *Array;
3387   };
3388 }
3389
3390 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3391                                      uint64_t TableSize,
3392                                      ConstantInt *Offset,
3393                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3394                                      Constant *DefaultValue,
3395                                      const DataLayout *TD)
3396     : SingleValue(0), BitMap(0), BitMapElementTy(0), Array(0) {
3397   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3398   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3399
3400   // If all values in the table are equal, this is that value.
3401   SingleValue = Values.begin()->second;
3402
3403   // Build up the table contents.
3404   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3405   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3406     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3407     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3408     assert(CaseRes->getType() == DefaultValue->getType());
3409
3410     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3411                    .getLimitedValue();
3412     TableContents[Idx] = CaseRes;
3413
3414     if (CaseRes != SingleValue)
3415       SingleValue = 0;
3416   }
3417
3418   // Fill in any holes in the table with the default result.
3419   if (Values.size() < TableSize) {
3420     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3421       if (!TableContents[I])
3422         TableContents[I] = DefaultValue;
3423     }
3424
3425     if (DefaultValue != SingleValue)
3426       SingleValue = 0;
3427   }
3428
3429   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3430   // that single value.
3431   if (SingleValue) {
3432     Kind = SingleValueKind;
3433     return;
3434   }
3435
3436   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3437   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, DefaultValue->getType())) {
3438     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(DefaultValue->getType());
3439     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3440     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3441       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3442       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3443       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3444         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3445         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3446       }
3447     }
3448     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3449     BitMapElementTy = IT;
3450     Kind = BitMapKind;
3451     ++NumBitMaps;
3452     return;
3453   }
3454
3455   // Store the table in an array.
3456   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultValue->getType(), TableSize);
3457   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3458
3459   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3460                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3461                              Initializer,
3462                              "switch.table");
3463   Array->setUnnamedAddr(true);
3464   Kind = ArrayKind;
3465 }
3466
3467 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3468   switch (Kind) {
3469     case SingleValueKind:
3470       return SingleValue;
3471     case BitMapKind: {
3472       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3473       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3474
3475       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3476       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3477       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3478       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3479
3480       // Multiply the shift amount by the element width.
3481       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3482                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3483                                    "switch.shiftamt");
3484
3485       // Shift down.
3486       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3487                                               "switch.downshift");
3488       // Mask off.
3489       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3490                                  "switch.masked");
3491     }
3492     case ArrayKind: {
3493       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3494       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3495                                              "switch.gep");
3496       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3497     }
3498   }
3499   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3500 }
3501
3502 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3503                                            uint64_t TableSize,
3504                                            const Type *ElementType) {
3505   if (!TD)
3506     return false;
3507   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3508   if (!IT)
3509     return false;
3510   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3511   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3512
3513   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3514   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3515     return false;
3516   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3517 }
3518
3519 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3520 /// for this switch, based on the number of caes, size of the table and the
3521 /// types of the results.
3522 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3523                                    uint64_t TableSize,
3524                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3525                                    const DataLayout *TD,
3526                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3527   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3528     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3529
3530   bool AllTablesFitInRegister = true;
3531   bool HasIllegalType = false;
3532   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3533        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3534     Type *Ty = I->second;
3535
3536     // Saturate this flag to true.
3537     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3538
3539     // Saturate this flag to false.
3540     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3541       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, Ty);
3542
3543     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3544     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3545     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3546     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3547       break;
3548   }
3549
3550   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3551   if (AllTablesFitInRegister)
3552     return true;
3553
3554   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3555   if (HasIllegalType)
3556     return false;
3557
3558   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3559   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3560   // FIXME: Find the best cut-off.
3561   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3562 }
3563
3564 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3565 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3566 /// replace the switch with lookup tables.
3567 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3568                                 IRBuilder<> &Builder,
3569                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3570                                 const DataLayout* TD) {
3571   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3572
3573   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3574   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3575     return false;
3576
3577   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3578   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3579
3580   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3581   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3582   // string and lookup indices into that.
3583
3584   // Ignore the switch if the number of cases is too small.
3585   // This is similar to the check when building jump tables in
3586   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3587   // FIXME: Determine the best cut-off.
3588   if (SI->getNumCases() < 4)
3589     return false;
3590
3591   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3592   // common destination, as well as the the min and max case values.
3593   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3594   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3595   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3596   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3597
3598   BasicBlock *CommonDest = 0;
3599   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3600   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3601   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3602   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3603   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3604
3605   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3606     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3607     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3608       MinCaseVal = CaseVal;
3609     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3610       MaxCaseVal = CaseVal;
3611
3612     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3613     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3614     ResultsTy Results;
3615     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3616                         Results))
3617       return false;
3618
3619     // Append the result from this case to the list for each phi.
3620     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3621       if (!ResultLists.count(I->first))
3622         PHIs.push_back(I->first);
3623       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3624     }
3625   }
3626
3627   // Get the resulting values for the default case.
3628   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3629   if (!GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3630                       DefaultResultsList))
3631     return false;
3632   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3633     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3634     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3635     DefaultResults[PHI] = Result;
3636     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3637   }
3638
3639   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3640   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3641   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, TD, ResultTypes))
3642     return false;
3643
3644   // Create the BB that does the lookups.
3645   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3646   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3647                                             "switch.lookup",
3648                                             CommonDest->getParent(),
3649                                             CommonDest);
3650
3651   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3652   // the new BB.
3653   Builder.SetInsertPoint(SI);
3654   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3655                                         "switch.tableidx");
3656   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3657       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3658   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3659
3660   // Populate the BB that does the lookups.
3661   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3662   bool ReturnedEarly = false;
3663   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3664     PHINode *PHI = PHIs[I];
3665
3666     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3667                             DefaultResults[PHI], TD);
3668
3669     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3670
3671     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3672     // do that right here.
3673     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3674         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3675       Builder.CreateRet(Result);
3676       ReturnedEarly = true;
3677       break;
3678     }
3679
3680     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3681   }
3682
3683   if (!ReturnedEarly)
3684     Builder.CreateBr(CommonDest);
3685
3686   // Remove the switch.
3687   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3688     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3689     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3690     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3691   }
3692   SI->eraseFromParent();
3693
3694   ++NumLookupTables;
3695   return true;
3696 }
3697
3698 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3699   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3700
3701   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3702     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3703     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3704     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3705       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3706         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3707
3708     Value *Cond = SI->getCondition();
3709     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3710       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3711         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3712
3713     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3714     // away into any preds.
3715     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3716     // Ignore dbg intrinsics.
3717     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3718       ++BBI;
3719     if (SI == &*BBI)
3720       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3721         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3722   }
3723
3724   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3725   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3726     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3727
3728   // Remove unreachable cases.
3729   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3730     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3731
3732   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3733     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3734
3735   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, TD))
3736     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3737
3738   return false;
3739 }
3740
3741 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3742   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3743   bool Changed = false;
3744
3745   // Eliminate redundant destinations.
3746   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3747   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3748     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3749     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3750       Dest->removePredecessor(BB);
3751       IBI->removeDestination(i);
3752       --i; --e;
3753       Changed = true;
3754     }
3755   }
3756
3757   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3758     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3759     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3760     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3761     return true;
3762   }
3763
3764   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3765     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3766     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3767     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3768     return true;
3769   }
3770
3771   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3772     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3773       return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3774   }
3775   return Changed;
3776 }
3777
3778 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3779   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3780
3781   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3782     return true;
3783
3784   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3785   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3786   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3787       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3788     return true;
3789
3790   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3791   // against a constant, try to simplify the block.
3792   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3793     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3794       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3795         ;
3796       if (I->isTerminator() &&
3797           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, TD))
3798         return true;
3799     }
3800
3801   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3802   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3803   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3804   // for PHI nodes in common successor.
3805   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3806     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3807   return false;
3808 }
3809
3810
3811 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3812   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3813
3814   // Conditional branch
3815   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3816     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3817     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3818     // switch.
3819     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3820       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3821         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3822
3823     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3824     // Ignore dbg intrinsics.
3825     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3826     // Ignore dbg intrinsics.
3827     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3828       ++I;
3829     if (&*I == BI) {
3830       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3831         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3832     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3833       ++I;
3834       // Ignore dbg intrinsics.
3835       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3836         ++I;
3837       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3838         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3839     }
3840   }
3841
3842   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3843   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3844     return true;
3845
3846   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3847   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3848   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3849   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3850     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3851
3852   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3853   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3854   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3855   // can hoist it up to the branching block.
3856   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3857     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3858       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3859         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3860     } else {
3861       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3862       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3863       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3864       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3865           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3866         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
3867           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3868     }
3869   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3870     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
3871     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
3872     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
3873     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3874         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
3875       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
3876         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3877   }
3878
3879   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
3880   // through this block if any PHI node entries are constants.
3881   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
3882     if (PN->getParent() == BI->getParent())
3883       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
3884         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3885
3886   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
3887   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
3888     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
3889       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
3890         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
3891           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3892
3893   return false;
3894 }
3895
3896 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
3897 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
3898   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
3899   if (!C)
3900     return false;
3901
3902   if (I->use_empty())
3903     return false;
3904
3905   if (C->isNullValue()) {
3906     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
3907     User *Use = *I->use_begin();
3908
3909     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
3910     // control flow (eg. calls)
3911     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
3912       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
3913         return false;
3914
3915     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
3916     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
3917       if (GEP->getPointerOperand() == I)
3918         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
3919
3920     // Look through bitcasts.
3921     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
3922       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
3923
3924     // Load from null is undefined.
3925     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
3926       return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
3927
3928     // Store to null is undefined.
3929     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
3930       return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
3931   }
3932   return false;
3933 }
3934
3935 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
3936 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
3937 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
3938   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
3939        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
3940     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
3941       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
3942         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
3943         IRBuilder<> Builder(T);
3944         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
3945           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
3946           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
3947           // destination from conditional branches.
3948           if (BI->isUnconditional())
3949             Builder.CreateUnreachable();
3950           else
3951             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
3952                                                          BI->getSuccessor(0));
3953           BI->eraseFromParent();
3954           return true;
3955         }
3956         // TODO: SwitchInst.
3957       }
3958
3959   return false;
3960 }
3961
3962 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
3963   bool Changed = false;
3964
3965   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
3966   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
3967
3968   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
3969   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
3970   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3971        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
3972       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
3973     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
3974     DeleteDeadBlock(BB);
3975     return true;
3976   }
3977
3978   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
3979   // away...
3980   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
3981
3982   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
3983   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
3984
3985   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
3986   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
3987
3988   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
3989   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
3990   // if there are no PHI nodes.
3991   //
3992   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
3993     return true;
3994
3995   IRBuilder<> Builder(BB);
3996
3997   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
3998   // eliminate it, do so now.
3999   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4000     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4001       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
4002
4003   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4004   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4005     if (BI->isUnconditional()) {
4006       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4007     } else {
4008       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4009     }
4010   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4011     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4012   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4013     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4014   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4015     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4016   } else if (UnreachableInst *UI =
4017                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4018     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4019   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4020                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4021     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4022   }
4023
4024   return Changed;
4025 }
4026
4027 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4028 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4029 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4030 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4031 ///
4032 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4033                        const DataLayout *TD) {
4034   return SimplifyCFGOpt(TTI, TD).run(BB);
4035 }