]> Gitweb @ Texas Instruments - Open Source Git Repositories - git.TI.com/gitweb - opencl/llvm.git/blob - lib/Transforms/Utils/SimplifyCFG.cpp
SimplifyCFG: If convert single conditional stores
[opencl/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 //===----------------------------------------------------------------------===//
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;
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)"));
54 static cl::opt<bool>
55 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
56        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
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"));
62 static cl::opt<bool>
63 HoistCondStores("simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
64        cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store preceeds"));
66 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
67 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
68 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
69 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
71 namespace {
72   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
73   struct ValueEqualityComparisonCase {
74     ConstantInt *Value;
75     BasicBlock *Dest;
77     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
78       : Value(Value), Dest(Dest) {}
80     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
81       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
82       return Value < RHS.Value;
83     }
85     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
86   };
88 class SimplifyCFGOpt {
89   const TargetTransformInfo &TTI;
90   const DataLayout *const TD;
92   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
93   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
94                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
95   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
96                                                      BasicBlock *Pred,
97                                                      IRBuilder<> &Builder);
98   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
99                                            IRBuilder<> &Builder);
101   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
102   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
103   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
104   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
105   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
106   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
107   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
109 public:
110   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *TD)
111       : TTI(TTI), TD(TD) {}
112   bool run(BasicBlock *BB);
113 };
116 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
117 /// terminator instructions together.
118 ///
119 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
120   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
122   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
123   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
124   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
125   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
126   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
127   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
129   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
130     if (SI1Succs.count(*I))
131       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
132            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
133         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
134         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
135             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
136           return false;
137       }
139   return true;
142 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
143 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
144 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
145 /// successors.
146 ///
147 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
148                                           BranchInst *SI2,
149                                           Instruction *Cond,
150                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
151   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
152   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
154   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
155   // common successors:
156   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
157   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
158   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
159   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
160   if (!Ci2) return false;
161   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
162         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
163       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
164         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
165     return false;
167   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
168   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
169   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
170   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
171     if (SI1Succs.count(*I))
172       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
173            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
174         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
175         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
176             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
177           return false;
178         PhiNodes.push_back(PN);
179       }
180   return true;
183 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
184 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
185 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
186 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
187 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
188                                   BasicBlock *ExistPred) {
189   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
191   PHINode *PN;
192   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
193        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
194     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
198 /// GetIfCondition - Given a basic block (BB) with two predecessors (and at
199 /// least one PHI node in it), check to see if the merge at this block is due
200 /// to an "if condition".  If so, return the boolean condition that determines
201 /// which entry into BB will be taken.  Also, return by references the block
202 /// that will be entered from if the condition is true, and the block that will
203 /// be entered if the condition is false.
204 ///
205 /// This does no checking to see if the true/false blocks have large or unsavory
206 /// instructions in them.
207 static Value *GetIfCondition(BasicBlock *BB, BasicBlock *&IfTrue,
208                              BasicBlock *&IfFalse) {
209   PHINode *SomePHI = cast<PHINode>(BB->begin());
210   assert(SomePHI->getNumIncomingValues() == 2 &&
211          "Function can only handle blocks with 2 predecessors!");
212   BasicBlock *Pred1 = SomePHI->getIncomingBlock(0);
213   BasicBlock *Pred2 = SomePHI->getIncomingBlock(1);
215   // We can only handle branches.  Other control flow will be lowered to
216   // branches if possible anyway.
217   BranchInst *Pred1Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred1->getTerminator());
218   BranchInst *Pred2Br = dyn_cast<BranchInst>(Pred2->getTerminator());
219   if (Pred1Br == 0 || Pred2Br == 0)
220     return 0;
222   // Eliminate code duplication by ensuring that Pred1Br is conditional if
223   // either are.
224   if (Pred2Br->isConditional()) {
225     // If both branches are conditional, we don't have an "if statement".  In
226     // reality, we could transform this case, but since the condition will be
227     // required anyway, we stand no chance of eliminating it, so the xform is
228     // probably not profitable.
229     if (Pred1Br->isConditional())
230       return 0;
232     std::swap(Pred1, Pred2);
233     std::swap(Pred1Br, Pred2Br);
234   }
236   if (Pred1Br->isConditional()) {
237     // The only thing we have to watch out for here is to make sure that Pred2
238     // doesn't have incoming edges from other blocks.  If it does, the condition
239     // doesn't dominate BB.
240     if (Pred2->getSinglePredecessor() == 0)
241       return 0;
243     // If we found a conditional branch predecessor, make sure that it branches
244     // to BB and Pred2Br.  If it doesn't, this isn't an "if statement".
245     if (Pred1Br->getSuccessor(0) == BB &&
246         Pred1Br->getSuccessor(1) == Pred2) {
247       IfTrue = Pred1;
248       IfFalse = Pred2;
249     } else if (Pred1Br->getSuccessor(0) == Pred2 &&
250                Pred1Br->getSuccessor(1) == BB) {
251       IfTrue = Pred2;
252       IfFalse = Pred1;
253     } else {
254       // We know that one arm of the conditional goes to BB, so the other must
255       // go somewhere unrelated, and this must not be an "if statement".
256       return 0;
257     }
259     return Pred1Br->getCondition();
260   }
262   // Ok, if we got here, both predecessors end with an unconditional branch to
263   // BB.  Don't panic!  If both blocks only have a single (identical)
264   // predecessor, and THAT is a conditional branch, then we're all ok!
265   BasicBlock *CommonPred = Pred1->getSinglePredecessor();
266   if (CommonPred == 0 || CommonPred != Pred2->getSinglePredecessor())
267     return 0;
269   // Otherwise, if this is a conditional branch, then we can use it!
270   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CommonPred->getTerminator());
271   if (BI == 0) return 0;
273   assert(BI->isConditional() && "Two successors but not conditional?");
274   if (BI->getSuccessor(0) == Pred1) {
275     IfTrue = Pred1;
276     IfFalse = Pred2;
277   } else {
278     IfTrue = Pred2;
279     IfFalse = Pred1;
280   }
281   return BI->getCondition();
284 /// ComputeSpeculuationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
285 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
286 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
287 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I) {
288   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
289          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
290   switch (Operator::getOpcode(I)) {
291   default:
292     // In doubt, be conservative.
293     return UINT_MAX;
294   case Instruction::GetElementPtr:
295     // GEPs are cheap if all indices are constant.
296     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
297       return UINT_MAX;
298     return 1;
299   case Instruction::Load:
300   case Instruction::Add:
301   case Instruction::Sub:
302   case Instruction::And:
303   case Instruction::Or:
304   case Instruction::Xor:
305   case Instruction::Shl:
306   case Instruction::LShr:
307   case Instruction::AShr:
308   case Instruction::ICmp:
309   case Instruction::Trunc:
310   case Instruction::ZExt:
311   case Instruction::SExt:
312     return 1; // These are all cheap.
314   case Instruction::Call:
315   case Instruction::Select:
316     return 2;
317   }
320 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
321 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
322 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
323 /// which works well enough for us.
324 ///
325 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
326 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
327 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
328 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
329 /// set and true is returned.
330 ///
331 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
332 /// Select whose cost is 2.
333 ///
334 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
335 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
336 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
337 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
338                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
339                                 unsigned &CostRemaining) {
340   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
341   if (!I) {
342     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
343     // can be executed unconditionally.
344     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
345       if (C->canTrap())
346         return false;
347     return true;
348   }
349   BasicBlock *PBB = I->getParent();
351   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
352   // the bottom of this block.
353   if (PBB == BB) return false;
355   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
356   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
357   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
358   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
359   if (BI == 0 || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
360     return true;
362   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
363   // instructions in the 'if region'.
364   if (AggressiveInsts == 0) return false;
366   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
367   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
369   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
370   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
371   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
372   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I))
373     return false;
375   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I);
377   if (Cost > CostRemaining)
378     return false;
380   CostRemaining -= Cost;
382   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
383   // not take us over the cost threshold.
384   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
385     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining))
386       return false;
387   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
388   AggressiveInsts->insert(I);
389   return true;
392 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
393 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
394 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *TD) {
395   // Normal constant int.
396   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
397   if (CI || !TD || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
398     return CI;
400   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
401   // ConstantInt if possible.
402   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(TD->getIntPtrType(V->getType()));
404   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
405   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
406     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
408   // IntToPtr const int.
409   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
410     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
411       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
412         // The constant is very likely to have the right type already.
413         if (CI->getType() == PtrTy)
414           return CI;
415         else
416           return cast<ConstantInt>
417             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
418       }
419   return 0;
422 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
423 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
424 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
425 /// Values vector.
426 static Value *
427 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
428                        const DataLayout *TD, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
429   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
430   if (I == 0) return 0;
432   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
433   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
434     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), TD)) {
435       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
436         UsedICmps++;
437         Vals.push_back(C);
438         return I->getOperand(0);
439       }
441       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
442       // the set.
443       ConstantRange Span =
444         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
446       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
447       // x != 0 && x != 1.
448       if (!isEQ)
449         Span = Span.inverse();
451       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
452       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
453         return 0;
455       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
456         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
457       UsedICmps++;
458       return I->getOperand(0);
459     }
460     return 0;
461   }
463   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
464   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
465     return 0;
467   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
468   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
469   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, TD,
470                                           isEQ, UsedICmps)) {
471     unsigned NumVals = Vals.size();
472     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
473     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
474                                             isEQ, UsedICmps)) {
475       if (LHS == RHS)
476         return LHS;
477       Vals.resize(NumVals);
478       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
479     }
481     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
482     // set it and return success.
483     if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(1)) {
484       Extra = I->getOperand(1);
485       return LHS;
486     }
488     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
489     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
490     return 0;
491   }
493   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
494   // use LHS as Extra.
495   if (Extra == 0 || Extra == I->getOperand(0)) {
496     Value *OldExtra = Extra;
497     Extra = I->getOperand(0);
498     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, TD,
499                                             isEQ, UsedICmps))
500       return RHS;
501     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
502     Extra = OldExtra;
503   }
505   return 0;
508 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
509   Instruction *Cond = 0;
510   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
511     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
512   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
513     if (BI->isConditional())
514       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
515   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
516     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
517   }
519   TI->eraseFromParent();
520   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
523 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
524 /// to see if a value is equal to constant integer value.
525 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
526   Value *CV = 0;
527   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
528     // Do not permit merging of large switch instructions into their
529     // predecessors unless there is only one predecessor.
530     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
531                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
532       CV = SI->getCondition();
533   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
534     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
535       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
536         if ((ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ ||
537              ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE) &&
538             GetConstantInt(ICI->getOperand(1), TD))
539           CV = ICI->getOperand(0);
541   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
542   if (TD && CV && CV->getType() == TD->getIntPtrType(CV->getContext()))
543     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV))
544       CV = PTII->getOperand(0);
545   return CV;
548 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
549 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
550 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
551 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
552                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
553                                                                        &Cases) {
554   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
555     Cases.reserve(SI->getNumCases());
556     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
557       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
558                                                   i.getCaseSuccessor()));
559     return SI->getDefaultDest();
560   }
562   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
563   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
564   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
565   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
566                                                              TD),
567                                               Succ));
568   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
572 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
573 /// in the list that match the specified block.
574 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
575                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
576   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
579 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
580 /// well.
581 static bool
582 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
583               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
584   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
586   // Make V1 be smaller than V2.
587   if (V1->size() > V2->size())
588     std::swap(V1, V2);
590   if (V1->size() == 0) return false;
591   if (V1->size() == 1) {
592     // Just scan V2.
593     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
594     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
595       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
596         return true;
597   }
599   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
600   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
601   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
602   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
603   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
604     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
605       return true;
606     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
607       ++i1;
608     else
609       ++i2;
610   }
611   return false;
614 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
615 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
616 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
617 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
618 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
619 /// form of jump threading.
620 bool SimplifyCFGOpt::
621 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
622                                               BasicBlock *Pred,
623                                               IRBuilder<> &Builder) {
624   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
625   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
627   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
628   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
629   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
631   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
632   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
634   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
635   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
636   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
637                                                         PredCases);
638   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
640   // Find information about how control leaves this block.
641   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
642   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
643   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
645   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
646   // simplify TI based on this knowledge.
647   if (PredDef == TI->getParent()) {
648     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
649     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
650     // can simplify TI.
651     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
652       return false;
654     if (isa<BranchInst>(TI)) {
655       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
656       // uncond br.
657       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
658       // Insert the new branch.
659       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
660       (void) NI;
662       // Remove PHI node entries for the dead edge.
663       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
665       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
666            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
668       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
669       return true;
670     }
672     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
673     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
674     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
675     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
676       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
678     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
679                  << "Through successor TI: " << *TI);
681     // Collect branch weights into a vector.
682     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
683     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
684     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
685     if (HasWeight)
686       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
687            ++MD_i) {
688         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
689         assert(CI);
690         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
691       }
692     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
693       --i;
694       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
695         if (HasWeight) {
696           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
697           Weights.pop_back();
698         }
699         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
700         SI->removeCase(i);
701       }
702     }
703     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
704       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
705                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
706                       createBranchWeights(Weights));
708     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
709     return true;
710   }
712   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
713   // which value (or set of values) this is.
714   ConstantInt *TIV = 0;
715   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
716   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
717     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
718       if (TIV != 0)
719         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
720       TIV = PredCases[i].Value;
721     }
722   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
724   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
725   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
726   BasicBlock *TheRealDest = 0;
727   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
728     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
729       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
730       break;
731     }
733   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
734   if (TheRealDest == 0) TheRealDest = ThisDef;
736   // Remove PHI node entries for dead edges.
737   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
738   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
739     if (*SI != CheckEdge)
740       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
741     else
742       CheckEdge = 0;
744   // Insert the new branch.
745   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
746   (void) NI;
748   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
749             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
751   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
752   return true;
755 namespace {
756   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
757   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
758   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
759   struct ConstantIntOrdering {
760     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
761       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
762     }
763   };
766 static int ConstantIntSortPredicate(const void *P1, const void *P2) {
767   const ConstantInt *LHS = *(const ConstantInt*const*)P1;
768   const ConstantInt *RHS = *(const ConstantInt*const*)P2;
769   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
770     return 1;
771   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
772     return 0;
773   return -1;
776 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
777   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
778   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
779     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
780       return MDS->getString().equals("branch_weights");
782   return false;
785 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
786 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
787 /// metadata.
788 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
789                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
790   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
791   assert(MD);
792   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
793     ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
794     assert(CI);
795     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
796   }
798   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
799   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
800   // default weight to be the first entry.
801   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
802     assert(Weights.size() == 2);
803     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
804     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
805       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
806   }
809 /// Sees if any of the weights are too big for a uint32_t, and halves all the
810 /// weights if any are.
811 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
812   bool Halve = false;
813   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
814     if (Weights[i] > UINT_MAX) {
815       Halve = true;
816       break;
817     }
819   if (! Halve)
820     return;
822   for (unsigned i = 0; i < Weights.size(); ++i)
823     Weights[i] /= 2;
826 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
827 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
828 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
829 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
830 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
831                                                          IRBuilder<> &Builder) {
832   BasicBlock *BB = TI->getParent();
833   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
834   assert(CV && "Not a comparison?");
835   bool Changed = false;
837   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
838   while (!Preds.empty()) {
839     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
841     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
842     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
843     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
845     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
846       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
847       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
848       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
850       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
851       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
853       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
854       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
855       // build.
856       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
858       // Update the branch weight metadata along the way
859       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
860       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
861       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
863       if (PredHasWeights) {
864         GetBranchWeights(PTI, Weights);
865         // branch-weight metadata is inconsistent here.
866         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
867           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
868       } else if (SuccHasWeights)
869         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
870         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
871         // successor's weights
872         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
874       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
875       if (SuccHasWeights) {
876         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
877         // branch-weight metadata is inconsistent here.
878         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
879           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
880       } else if (PredHasWeights)
881         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
883       if (PredDefault == BB) {
884         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
885         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
886         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
887         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
888           if (PredCases[i].Dest != BB)
889             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
890           else {
891             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
892             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
894             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
895               // Increase weight for the default case.
896               Weights[0] += Weights[i+1];
897               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
898               Weights.pop_back();
899             }
901             PredCases.pop_back();
902             --i; --e;
903           }
905         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
906         if (PredDefault != BBDefault) {
907           PredDefault->removePredecessor(Pred);
908           PredDefault = BBDefault;
909           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
910         }
912         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
913         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
914         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
915           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
916               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
917             PredCases.push_back(BBCases[i]);
918             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
919             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
920               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
921               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
922               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
923               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
924               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
925             }
926           }
928         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
929           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
930           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
931           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
932             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
933           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
934           Weights[0] *= SuccWeights[0];
935         }
936       } else {
937         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
938         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
939         // activated.
940         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
941         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
942         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
943           if (PredCases[i].Dest == BB) {
944             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
946             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
947               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
948               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
949               Weights.pop_back();
950             }
952             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
953             PredCases.pop_back();
954             --i; --e;
955           }
957         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
958         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
959         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
960           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
961             // If this is one we are capable of getting...
962             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
963               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
964             PredCases.push_back(BBCases[i]);
965             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
966             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
967           }
969         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
970         // they must go to the default destination of TI.
971         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
972                                     PTIHandled.begin(),
973                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
974           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
975             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
976           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
977           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
978         }
979       }
981       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
982       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
983       // successors.
984       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
985         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
987       Builder.SetInsertPoint(PTI);
988       // Convert pointer to int before we switch.
989       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
990         assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
991         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, TD->getIntPtrType(CV->getContext()),
992                                     "magicptr");
993       }
995       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
996       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
997                                                PredCases.size());
998       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
999       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
1000         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
1002       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
1003         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
1004         FitWeights(Weights);
1006         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
1008         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
1009                            MDBuilder(BB->getContext()).
1010                            createBranchWeights(MDWeights));
1011       }
1013       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
1015       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
1016       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
1017       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
1018       BasicBlock *InfLoopBlock = 0;
1019       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1020         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
1021           if (InfLoopBlock == 0) {
1022             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
1023             // or it won't matter if it's hot. :)
1024             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1025                                               "infloop", BB->getParent());
1026             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
1027           }
1028           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
1029         }
1031       Changed = true;
1032     }
1033   }
1034   return Changed;
1037 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
1038 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
1039 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
1040 // to put the select in this case.
1041 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
1042                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
1043   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1044     PHINode *PN;
1045     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1046          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1047       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1048       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1049       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
1050         return false;
1051       }
1052     }
1053   }
1054   return true;
1057 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
1058 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1059 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1060 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI) {
1061   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1062   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1063   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1064   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1065   // identical order.
1066   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1067   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1069   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1070   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1072   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1073   // Skip debug info if it is not identical.
1074   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1075   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1076   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1077     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1078       I1 = BB1_Itr++;
1079     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1080       I2 = BB2_Itr++;
1081   }
1082   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1083       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1084     return false;
1086   // If we get here, we can hoist at least one instruction.
1087   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1089   do {
1090     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1091     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1092     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1093       goto HoistTerminator;
1095     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1096     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1097     // the now redundant second instruction.
1098     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1099     if (!I2->use_empty())
1100       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1101     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1102     I2->eraseFromParent();
1104     I1 = BB1_Itr++;
1105     I2 = BB2_Itr++;
1106     // Skip debug info if it is not identical.
1107     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1108     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1109     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1110       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1111         I1 = BB1_Itr++;
1112       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1113         I2 = BB2_Itr++;
1114     }
1115   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1117   return true;
1119 HoistTerminator:
1120   // It may not be possible to hoist an invoke.
1121   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1122     return true;
1124   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1125   Instruction *NT = I1->clone();
1126   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1127   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1128     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1129     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1130     NT->takeName(I1);
1131   }
1133   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1134   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1135   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1136   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1137   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1138   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1139   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1140     PHINode *PN;
1141     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1142          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1143       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1144       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1145       if (BB1V == BB2V) continue;
1147       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1148       // that determines the right value.
1149       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1150       if (SI == 0)
1151         SI = cast<SelectInst>
1152           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1153                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1155       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1156       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1157         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1158           PN->setIncomingValue(i, SI);
1159     }
1160   }
1162   // Update any PHI nodes in our new successors.
1163   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1164     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1166   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1167   return true;
1170 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1171 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1172 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1173 /// in the two predecessors to BBEnd.
1174 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1175   assert(BI1->isUnconditional());
1176   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1177   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1179   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1180   // an unconditional branch.
1181   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1182   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1183   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1184     return false;
1185   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1186   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1187     return false;
1188   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1189   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1190   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1191     return false;
1193   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1194   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1195   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = 0;
1196   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1197        I != E; ++I) {
1198     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1199       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1200       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1201       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1202     } else {
1203       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1204       break;
1205     }
1206   }
1207   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1208     return false;
1211   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1212   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1213   // instructions in an identical order.
1214   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1215       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1216       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1217   // Skip debug info.
1218   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1219   if (RI1 == RE1)
1220     return false;
1221   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1222   if (RI2 == RE2)
1223     return false;
1224   // Skip the unconditional branches.
1225   ++RI1;
1226   ++RI2;
1228   bool Changed = false;
1229   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1230     // Skip debug info.
1231     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1232     if (RI1 == RE1)
1233       return Changed;
1234     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1235     if (RI2 == RE2)
1236       return Changed;
1238     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1239     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1240     // perform the same operation.
1241     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1242     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1243         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1244         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1245         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1246         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1247         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1248         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1249         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1250         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1251       return Changed;
1253     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1254     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1255     bool SwapOpnds = false;
1256     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1257         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1258         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1259         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1260          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1261       ICmp2->swapOperands();
1262       SwapOpnds = true;
1263     }
1264     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1265       if (SwapOpnds)
1266         ICmp2->swapOperands();
1267       return Changed;
1268     }
1270     // The operands should be either the same or they need to be generated
1271     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1272     // a single pair of different operands.
1273     Value *DifferentOp1 = 0, *DifferentOp2 = 0;
1274     unsigned Op1Idx = 0;
1275     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1276       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1277         continue;
1278       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1279       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1280       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1281       if (DifferentOp1 ||
1282           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1283           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1284           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1285           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1286         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1287         if (SwapOpnds)
1288           ICmp2->swapOperands();
1289         return Changed;
1290       }
1291       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1292       Op1Idx = I;
1293       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1294     }
1296     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1297     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1298     if (DifferentOp1) {
1299       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1300                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1301                                        BBEnd->begin());
1302       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1303       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1304       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1305       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1306       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1307       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1308     }
1309     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1310     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1312     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1313     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1314     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1315     // instruction in the basic block down.
1316     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1317     // Sink the instruction.
1318     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1319     if (!OldPN->use_empty())
1320       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1321     OldPN->eraseFromParent();
1323     if (!I2->use_empty())
1324       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1325     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1326     I2->eraseFromParent();
1328     if (UpdateRE1)
1329       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1330     if (UpdateRE2)
1331       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1332     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1333     NumSinkCommons++;
1334     Changed = true;
1335   }
1336   return Changed;
1339 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1340 /// conditional block.
1341 ///
1342 /// We are looking for code like the following:
1343 ///   BrBB:
1344 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1345 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1346 ///     ... // function).
1347 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1348 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1349 ///   ThenBB:
1350 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1351 ///     br label EndBB
1352 ///   EndBB:
1353 ///     ...
1354 ///   We are going to transform this into:
1355 ///   BrBB:
1356 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1357 ///     ... //
1358 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1359 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1360 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1361 ///     ...
1362 ///
1363 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1364 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1365 Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1366                               BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1367   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1368   if (!StoreToHoist)
1369     return 0;
1371   // Volatile or atomic.
1372   if (!StoreToHoist->isSimple())
1373     return 0;
1375   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1377   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1378   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1379   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1380        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1381     Instruction *CurI = &*RI;
1383     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1384     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1385       return 0;
1387     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1388     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1389     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1390       // Found the previous store, return its value operand.
1391       return SI->getValueOperand();
1392     else if (SI)
1393       return 0; // Unknown store.
1394   }
1396   return 0;
1399 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1400 ///
1401 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1402 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1403 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1404 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1405 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1406 ///
1407 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1408 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1409 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1410 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1411 ///
1412 ///
1413 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1414 /// \code
1415 ///   BB:
1416 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1417 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1418 ///   ThenBB:
1419 ///     %sub = sub %x, %y
1420 ///     br label BB2
1421 ///   EndBB:
1422 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1423 ///     ...
1424 /// \endcode
1425 ///
1426 /// Into this IR:
1427 /// \code
1428 ///   BB:
1429 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1430 ///     %sub = sub %x, %y
1431 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1432 ///     ...
1433 /// \endcode
1434 ///
1435 /// \returns true if the conditional block is removed.
1436 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB) {
1437   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1438   Value *BrCond = BI->getCondition();
1439   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1440     return false;
1442   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1443   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1445   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1446   // to swap the select operands later.
1447   bool Invert = false;
1448   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1449     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1450     Invert = true;
1451   }
1452   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1454   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1455   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1456   // - They are defined in BB, and
1457   // - They have no side effects, and
1458   // - All of their uses are in CondBB.
1459   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1461   unsigned SpeculationCost = 0;
1462   Value *SpeculatedStoreValue = 0;
1463   StoreInst *SpeculatedStore = 0;
1464   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1465                             BBE = llvm::prior(ThenBB->end());
1466        BBI != BBE; ++BBI) {
1467     Instruction *I = BBI;
1468     // Skip debug info.
1469     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1470       continue;
1472     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1473     // terminator) for now.
1474     ++SpeculationCost;
1475     if (SpeculationCost > 1)
1476       return false;
1478     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1479     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I) &&
1480         !(HoistCondStores &&
1481           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1482                                                          EndBB))))
1483       return false;
1484     if (!SpeculatedStoreValue &&
1485         ComputeSpeculationCost(I) > PHINodeFoldingThreshold)
1486       return false;
1488     // Store the store speculation candidate.
1489     if (SpeculatedStoreValue)
1490       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1492     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1493     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1494     // being sunk into the use block.
1495     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1496          i != e; ++i) {
1497       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1498       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1499           OpI->mayHaveSideEffects())
1500         continue; // Not a candidate for sinking.
1502       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1503     }
1504   }
1506   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1507   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1508   // and so iteration order isn't significant.
1509   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1510            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1511        I != E; ++I)
1512     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1513       ++SpeculationCost;
1514       if (SpeculationCost > 1)
1515         return false;
1516     }
1518   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1519   bool HaveRewritablePHIs = false;
1520   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1521        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1522     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1523     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1525     // Skip PHIs which are trivial.
1526     if (ThenV == OrigV)
1527       continue;
1529     HaveRewritablePHIs = true;
1530     ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1531     if (!CE)
1532       continue; // Known safe and cheap.
1534     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CE))
1535       return false;
1536     if (ComputeSpeculationCost(CE) > PHINodeFoldingThreshold)
1537       return false;
1539     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1540     // getting expanded into Instructions.
1541     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1542     // constant expression.
1543     ++SpeculationCost;
1544     if (SpeculationCost > 1)
1545       return false;
1546   }
1548   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1549   // as well.
1550   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1551     return false;
1553   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1554   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1556   // Insert a select of the value of the speculated store.
1557   if (SpeculatedStoreValue) {
1558     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1559     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1560     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1561     if (Invert)
1562       std::swap(TrueV, FalseV);
1563     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1564                                     "." + FalseV->getName());
1565     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1566   }
1568   // Hoist the instructions.
1569   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1570                            llvm::prior(ThenBB->end()));
1572   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1573   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1574   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1575        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1576     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1577     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1578     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1579     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1581     // Skip PHIs which are trivial.
1582     if (OrigV == ThenV)
1583       continue;
1585     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1586     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1587     // destinations were inverted.
1588     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1589     if (Invert)
1590       std::swap(TrueV, FalseV);
1591     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1592                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1593     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1594     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1595   }
1597   ++NumSpeculations;
1598   return true;
1601 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1602 /// across this block.
1603 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1604   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1605   unsigned Size = 0;
1607   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1608     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1609       continue;
1610     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1611     ++Size;
1613     // We can only support instructions that do not define values that are
1614     // live outside of the current basic block.
1615     for (Value::use_iterator UI = BBI->use_begin(), E = BBI->use_end();
1616          UI != E; ++UI) {
1617       Instruction *U = cast<Instruction>(*UI);
1618       if (U->getParent() != BB || isa<PHINode>(U)) return false;
1619     }
1621     // Looks ok, continue checking.
1622   }
1624   return true;
1627 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1628 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1629 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1630 /// ultimate destination.
1631 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *TD) {
1632   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1633   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1634   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1635   // outside of the block.
1636   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1637     return false;
1639   // Degenerate case of a single entry PHI.
1640   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1641     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1642     return true;
1643   }
1645   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1646   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1648   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1649   // constants.
1650   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1651     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1652     if (CB == 0 || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1654     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1655     // branch to RealDest.
1656     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1657     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1659     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1660     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1661     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1663     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1664     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1665     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1666     // the edge we are about to create.
1667     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1668                                             RealDest->getName()+".critedge",
1669                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1670     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1672     // Update PHI nodes.
1673     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1675     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1676     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1677     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1678     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1679     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1680     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1681       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1682         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1683         continue;
1684       }
1685       // Clone the instruction.
1686       Instruction *N = BBI->clone();
1687       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1689       // Update operands due to translation.
1690       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1691            i != e; ++i) {
1692         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1693         if (PI != TranslateMap.end())
1694           *i = PI->second;
1695       }
1697       // Check for trivial simplification.
1698       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, TD)) {
1699         TranslateMap[BBI] = V;
1700         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1701       } else {
1702         // Insert the new instruction into its new home.
1703         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1704         if (!BBI->use_empty())
1705           TranslateMap[BBI] = N;
1706       }
1707     }
1709     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1710     // to EdgeBB instead.
1711     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1712     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1713       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1714         BB->removePredecessor(PredBB);
1715         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1716       }
1718     // Recurse, simplifying any other constants.
1719     return FoldCondBranchOnPHI(BI, TD) | true;
1720   }
1722   return false;
1725 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1726 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1727 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *TD) {
1728   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1729   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1730   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1731   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1732   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1733   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1734   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1735   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1736   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1737   if (!IfCond ||
1738       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1739       isa<ConstantInt>(IfCond))
1740     return false;
1742   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1743   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1744   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1745   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1746   // fewer PHI nodes in this block.
1747   unsigned NumPhis = 0;
1748   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1749     if (NumPhis > 2)
1750       return false;
1752   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1753   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1754   // that need to be moved to the dominating block.
1755   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1756   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1757            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1759   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1760     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1761     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, TD)) {
1762       PN->replaceAllUsesWith(V);
1763       PN->eraseFromParent();
1764       continue;
1765     }
1767     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1768                              MaxCostVal0) ||
1769         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1770                              MaxCostVal1))
1771       return false;
1772   }
1774   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1775   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1776   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1777   if (PN == 0) return true;
1779   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1780   // often be turned into switches and other things.
1781   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1782       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1783        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1784        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1785     return false;
1787   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1788   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1789   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1790   // worth promoting to select instructions.
1791   BasicBlock *DomBlock = 0;
1792   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1793   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1794   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1795     IfBlock1 = 0;
1796   } else {
1797     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1798     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1799       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1800         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1801         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1802         // flow, so the xform is not worth it.
1803         return false;
1804       }
1805   }
1807   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1808     IfBlock2 = 0;
1809   } else {
1810     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1811     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1812       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1813         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1814         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1815         // flow, so the xform is not worth it.
1816         return false;
1817       }
1818   }
1820   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1821                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1823   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1824   // do all of the PHI's now.
1825   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1826   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1828   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1829   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1830   if (IfBlock1)
1831     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1832                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1833                                    IfBlock1->getTerminator());
1834   if (IfBlock2)
1835     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1836                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1837                                    IfBlock2->getTerminator());
1839   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1840     // Change the PHI node into a select instruction.
1841     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1842     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1844     SelectInst *NV =
1845       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1846     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1847     NV->takeName(PN);
1848     PN->eraseFromParent();
1849   }
1851   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1852   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1853   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1854   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1855   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1856   Builder.CreateBr(BB);
1857   OldTI->eraseFromParent();
1858   return true;
1861 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1862 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1863 /// introducing a select if the return values disagree.
1864 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1865                                            IRBuilder<> &Builder) {
1866   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1867   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1868   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1869   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1870   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1872   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1873   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1874   // computation on one path or the other.
1875   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1876     return false;
1877   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1878     return false;
1880   Builder.SetInsertPoint(BI);
1881   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1882   // there is no return value for this function, just change the
1883   // branch into a return.
1884   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1885     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1886     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1887     Builder.CreateRetVoid();
1888     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1889     return true;
1890   }
1892   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1893   // so we can insert a new select instruction.
1894   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1895   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1897   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1898   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1899     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1900       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1901   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1902     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1903       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1905   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1906   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1907   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1908   // constant expression that prevents this transformation from being
1909   // safe.
1910   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1911     if (TCV->canTrap())
1912       return false;
1913   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1914     if (FCV->canTrap())
1915       return false;
1917   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1918   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1919   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1920   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1922   // Insert select instructions where needed.
1923   Value *BrCond = BI->getCondition();
1924   if (TrueValue) {
1925     // Insert a select if the results differ.
1926     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1927     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1928       TrueValue = FalseValue;
1929     } else {
1930       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1931                                        FalseValue, "retval");
1932     }
1933   }
1935   Value *RI = !TrueValue ?
1936     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1938   (void) RI;
1940   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1941                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1942                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1944   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1946   return true;
1949 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1950 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1951 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1952 /// found.
1953 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1954                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1955   assert(BI->isConditional() &&
1956          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1957   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1958   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1959   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1960   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1961   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1962   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1963   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1964   return true;
1967 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1968 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1969 ///
1970 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1971   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1972     return false;
1973   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1974     Instruction *PBI = &*I;
1975     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1976     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1977       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1978       Inst->eraseFromParent();
1979       return true;
1980     }
1981   }
1982   return false;
1985 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1986 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1987 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1988 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI) {
1989   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1991   Instruction *Cond = 0;
1992   if (BI->isConditional())
1993     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1994   else {
1995     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1996     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1997     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1998     // predecessor.
1999     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
2000       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
2001         if (PBI->isConditional() &&
2002             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
2003              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
2004           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
2005                I != E; ) {
2006             Instruction *Curr = I++;
2007             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
2008               Cond = Curr;
2009               break;
2010             }
2011             // Quit if we can't remove this instruction.
2012             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
2013               return false;
2014           }
2015         }
2017     if (Cond == 0)
2018       return false;
2019   }
2021   if (Cond == 0 || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2022     Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2023   return false;
2025   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
2026   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
2027   // must be at the front of the block.
2028   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
2030   // Ignore dbg intrinsics.
2031   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2033   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
2034   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
2035   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
2036   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
2037   Instruction *BonusInst = 0;
2038   if (&*FrontIt != Cond &&
2039       FrontIt->hasOneUse() && *FrontIt->use_begin() == Cond &&
2040       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt)) {
2041     BonusInst = &*FrontIt;
2042     ++FrontIt;
2044     // Ignore dbg intrinsics.
2045     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2046   }
2048   // Only a single bonus inst is allowed.
2049   if (&*FrontIt != Cond)
2050     return false;
2052   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2053   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2055   // Ingore dbg intrinsics.
2056   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2058   if (&*CondIt != BI)
2059     return false;
2061   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2062   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2063   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2064     if (CE->canTrap())
2065       return false;
2066   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2067     if (CE->canTrap())
2068       return false;
2070   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2071   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2072   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : 0;
2073   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2074     return false;
2076   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2077     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2078     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2080     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2081     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2082     // blocks.
2083     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2084     if (PBI == 0 || PBI->isUnconditional() ||
2085         (BI->isConditional() &&
2086          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2087         (!BI->isConditional() &&
2088          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2089       continue;
2091     // Determine if the two branches share a common destination.
2092     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2093     bool InvertPredCond = false;
2095     if (BI->isConditional()) {
2096       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2097         Opc = Instruction::Or;
2098       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2099         Opc = Instruction::And;
2100       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2101         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2102       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2103         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2104       else
2105         continue;
2106     } else {
2107       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2108         continue;
2109     }
2111     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2112     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2113     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2114     // out-of-order core by speculating them earlier.
2115     if (BonusInst) {
2116       // Collect the values used by the bonus inst
2117       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2118       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2119            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2120         Value *V = *OI;
2121         if (!isa<Constant>(V))
2122           UsedValues.insert(V);
2123       }
2125       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2126       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2128       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2129       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2130       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2131       while (!Worklist.empty()) {
2132         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2133         Worklist.pop_back();
2135         if (Pair.second >= 4) continue;
2136         UsedValues.erase(Pair.first);
2137         if (UsedValues.empty()) break;
2139         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2140           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2141                OI != OE; ++OI)
2142             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2143         }
2144       }
2146       if (!UsedValues.empty()) return false;
2147     }
2149     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2150     IRBuilder<> Builder(PBI);
2152     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2153     if (InvertPredCond) {
2154       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2156       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2157         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2158         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2159       } else {
2160         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2161                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2162       }
2164       PBI->setCondition(NewCond);
2165       PBI->swapSuccessors();
2166     }
2168     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2169     Instruction *NewBonus = 0;
2170     if (BonusInst) {
2171       NewBonus = BonusInst->clone();
2172       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2173       NewBonus->takeName(BonusInst);
2174       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2175     }
2177     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2178     // two conditions together.
2179     Instruction *New = Cond->clone();
2180     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2181     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2182     New->takeName(Cond);
2183     Cond->setName(New->getName()+".old");
2185     if (BI->isConditional()) {
2186       Instruction *NewCond =
2187         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2188                                             New, "or.cond"));
2189       PBI->setCondition(NewCond);
2191       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2192       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2193                                                   PredFalseWeight);
2194       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2195                                                   SuccFalseWeight);
2196       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2198       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2199         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2200           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2201           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2202           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2203           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2204           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2205           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2206           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2207           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2208           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2209                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2210         }
2211         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2212         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2213       }
2214       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2215         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2216           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2217           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2218           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2219           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2220           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2221               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2222           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2223           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2224         }
2225         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2226         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2227       }
2228       if (NewWeights.size() == 2) {
2229         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2230         FitWeights(NewWeights);
2232         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2233         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2234                          MDBuilder(BI->getContext()).
2235                          createBranchWeights(MDWeights));
2236       } else
2237         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, NULL);
2238     } else {
2239       // Update PHI nodes in the common successors.
2240       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2241         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2242           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2243         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2244         Instruction *MergedCond = 0;
2245         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2246           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2247           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2248           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2249           Instruction *NotCond =
2250             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2251                                 "not.cond"));
2252           MergedCond =
2253             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2254                                 NotCond, New,
2255                                 "and.cond"));
2256           if (PBI_C->isOne())
2257             MergedCond =
2258               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2259                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2260                                   "or.cond"));
2261         } else {
2262           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2263           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2264           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2265           MergedCond =
2266             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2267                                 PBI->getCondition(), New,
2268                                 "and.cond"));
2269           if (PBI_C->isOne()) {
2270             Instruction *NotCond =
2271               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2272                                   "not.cond"));
2273             MergedCond =
2274               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2275                                   NotCond, MergedCond,
2276                                   "or.cond"));
2277           }
2278         }
2279         // Update PHI Node.
2280         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2281                                   MergedCond);
2282       }
2283       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2284       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2285       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2286       PBI = New_PBI;
2287     }
2289     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2290     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2292     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2293     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2294       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2295         I->clone()->insertBefore(PBI);
2297     return true;
2298   }
2299   return false;
2302 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2303 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2304 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2305 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2306 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2307   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2308   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2310   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2311   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2312   // this conditional branch redundant.
2313   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2314       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2315     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2316     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2317     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2318       // Turn this into a branch on constant.
2319       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2320       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2321                                         CondIsTrue));
2322       return true;  // Nuke the branch on constant.
2323     }
2325     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2326     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2327     // simplifycfg will thread the block.
2328     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2329       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2330       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2331                                        std::distance(PB, PE),
2332                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2333                                        BB->begin());
2334       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2335       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2336       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2337       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2338         BasicBlock *P = *PI;
2339         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2340             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2341             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2342             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2343           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2344           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2345                                               CondIsTrue), P);
2346         } else {
2347           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2348         }
2349       }
2351       BI->setCondition(NewPN);
2352       return true;
2353     }
2354   }
2356   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2357   // predecessors is a conditional branch to one of our destinations,
2358   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2359   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2360   // Ignore dbg intrinsics.
2361   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2362     ++BBI;
2363   if (&*BBI != BI)
2364     return false;
2367   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2368     if (CE->canTrap())
2369       return false;
2371   int PBIOp, BIOp;
2372   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2373     PBIOp = BIOp = 0;
2374   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2375     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2376   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2377     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2378   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2379     PBIOp = BIOp = 1;
2380   else
2381     return false;
2383   // Check to make sure that the other destination of this branch
2384   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2385   // keep getting unwound.
2386   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2387     return false;
2389   // Do not perform this transformation if it would require
2390   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2391   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2392   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2394   unsigned NumPhis = 0;
2395   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2396        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis)
2397     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2398       return false;
2400   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2401   BasicBlock *OtherDest  = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2403   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2404                << "AND: " << *BI->getParent());
2407   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2408   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2409   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2410   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2411   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2412   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2413   // infinite loop with no cond branch.
2414   if (OtherDest == BB) {
2415     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2416     // or it won't matter if it's hot. :)
2417     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2418                                                   "infloop", BB->getParent());
2419     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2420     OtherDest = InfLoopBlock;
2421   }
2423   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2425   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2426   // it alone, but modify PBI.
2428   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2429   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2430   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2431   if (PBIOp)
2432     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2434   Value *BICond = BI->getCondition();
2435   if (BIOp)
2436     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2438   // Merge the conditions.
2439   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2441   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2442   PBI->setCondition(Cond);
2443   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2444   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2446   // Update branch weight for PBI.
2447   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2448   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2449                                               PredFalseWeight);
2450   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2451                                               SuccFalseWeight);
2452   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2453     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2454     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2455     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2456     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2457     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2458     //                                    PredOther * SuccCommon.
2459     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2460     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2461     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2462                          PredOther * SuccCommon);
2463     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2464     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2465     FitWeights(NewWeights);
2467     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2468     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2469                      MDBuilder(BI->getContext()).
2470                      createBranchWeights(MDWeights));
2471   }
2473   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2474   // block that are identical to the entries for BI's block.
2475   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2477   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2478   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2479   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2480   // them agree.
2481   PHINode *PN;
2482   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2483        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2484     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2485     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2486     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2487     if (BIV != PBIV) {
2488       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2489       Value *NV = cast<SelectInst>
2490         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2491       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2492     }
2493   }
2495   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2496   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2498   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2499   // one fewer predecessor.
2500   return true;
2503 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2504 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2505 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2506 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2507 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2508 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2509                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2510                                        uint32_t TrueWeight,
2511                                        uint32_t FalseWeight){
2512   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2513   // First, figure out which successors to preserve.
2514   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2515   // successor.
2516   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2517   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : 0;
2519   // Then remove the rest.
2520   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2521     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2522     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2523     if (Succ == KeepEdge1)
2524       KeepEdge1 = 0;
2525     else if (Succ == KeepEdge2)
2526       KeepEdge2 = 0;
2527     else
2528       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2529   }
2531   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2532   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2534   // Insert an appropriate new terminator.
2535   if ((KeepEdge1 == 0) && (KeepEdge2 == 0)) {
2536     if (TrueBB == FalseBB)
2537       // We were only looking for one successor, and it was present.
2538       // Create an unconditional branch to it.
2539       Builder.CreateBr(TrueBB);
2540     else {
2541       // We found both of the successors we were looking for.
2542       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2543       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2544       if (TrueWeight != FalseWeight)
2545         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2546                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2547                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2548     }
2549   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2550     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2551     // terminator must be unreachable.
2552     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2553   } else {
2554     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2555     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2556     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2557     if (KeepEdge1 == 0)
2558       // Only TrueBB was found.
2559       Builder.CreateBr(TrueBB);
2560     else
2561       // Only FalseBB was found.
2562       Builder.CreateBr(FalseBB);
2563   }
2565   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2566   return true;
2569 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2570 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2571 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2572 // unconditional otherwise.
2573 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2574   // Check for constant integer values in the select.
2575   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2576   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2577   if (!TrueVal || !FalseVal)
2578     return false;
2580   // Find the relevant condition and destinations.
2581   Value *Condition = Select->getCondition();
2582   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2583   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2585   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2586   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2587   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2588   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2589   if (HasWeights) {
2590     GetBranchWeights(SI, Weights);
2591     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2592       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2593                                      getSuccessorIndex()];
2594       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2595                                       getSuccessorIndex()];
2596     }
2597   }
2599   // Perform the actual simplification.
2600   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2601                                     TrueWeight, FalseWeight);
2604 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2605 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2606 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2607 // with
2608 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2609 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2610   // Check that both operands of the select are block addresses.
2611   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2612   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2613   if (!TBA || !FBA)
2614     return false;
2616   // Extract the actual blocks.
2617   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2618   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2620   // Perform the actual simplification.
2621   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2622                                     0, 0);
2625 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2626 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2627 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2628 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2629 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2630 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2631 /// like:
2632 ///
2633 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2634 /// DEFAULT:
2635 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2636 ///   br label %end
2637 /// end:
2638 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2639 ///
2640 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2641 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2642 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2643     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2644     const DataLayout *TD) {
2645   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2647   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2648   // complex.
2649   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2651   Value *V = ICI->getOperand(0);
2652   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2654   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2655   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2656   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2657   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2658   if (Pred == 0 || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2660   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2661   if (SI->getCondition() != V)
2662     return false;
2664   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2665   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2666   // away.
2667   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2668     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2669     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2670     ICI->setOperand(0, VVal);
2672     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, TD)) {
2673       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2674       ICI->eraseFromParent();
2675     }
2676     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2677     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2678   }
2680   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2681   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2682   // and zap it.
2683   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2684     Value *V;
2685     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2686       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2687     else
2688       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2690     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2691     ICI->eraseFromParent();
2692     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2693     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
2694   }
2696   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2697   // the block.
2698   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2699   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->use_back());
2700   if (PHIUse == 0 || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2701       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2702     return false;
2704   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2705   // true in the PHI.
2706   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2707   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2709   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2710     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2712   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2713   // false depending on if it is EQ or NE.
2714   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2715   ICI->eraseFromParent();
2717   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2718   // the switch to the merge point on the compared value.
2719   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2720                                          BB->getParent(), BB);
2721   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2722   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2723   if (HasWeights) {
2724     GetBranchWeights(SI, Weights);
2725     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2726       // Split weight for default case to case for "Cst".
2727       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2728       Weights.push_back(Weights[0]);
2730       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2731       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2732                       MDBuilder(SI->getContext()).
2733                       createBranchWeights(MDWeights));
2734     }
2735   }
2736   SI->addCase(Cst, NewBB);
2738   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2739   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2740   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2741   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2742   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2743   return true;
2746 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2747 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2748 /// fold it into a switch instruction if so.
2749 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *TD,
2750                                       IRBuilder<> &Builder) {
2751   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2752   if (Cond == 0) return false;
2755   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2756   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2757   // 'setne's and'ed together, collect them.
2758   Value *CompVal = 0;
2759   std::vector<ConstantInt*> Values;
2760   bool TrueWhenEqual = true;
2761   Value *ExtraCase = 0;
2762   unsigned UsedICmps = 0;
2764   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2765     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, true,
2766                                      UsedICmps);
2767   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2768     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, TD, false,
2769                                      UsedICmps);
2770     TrueWhenEqual = false;
2771   }
2773   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2774   if (CompVal == 0) return false;
2776   // Avoid turning single icmps into a switch.
2777   if (UsedICmps <= 1)
2778     return false;
2780   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2781   // instruction can't handle, remove them now.
2782   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2783   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2785   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2786   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2787   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2789   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2790   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2792   // Figure out which block is which destination.
2793   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2794   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2795   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2797   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2799   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2800                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2802   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2803   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2804   // right before the condbr to handle it.
2805   if (ExtraCase) {
2806     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2807     // Remove the uncond branch added to the old block.
2808     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2809     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2811     if (TrueWhenEqual)
2812       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2813     else
2814       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2816     OldTI->eraseFromParent();
2818     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2819     // for the edge we just added.
2820     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2822     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2823           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2824     BB = NewBB;
2825   }
2827   Builder.SetInsertPoint(BI);
2828   // Convert pointer to int before we switch.
2829   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2830     assert(TD && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2831     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2832                                      TD->getIntPtrType(CompVal->getContext()),
2833                                      "magicptr");
2834   }
2836   // Create the new switch instruction now.
2837   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2839   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2840   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2841     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2843   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2844   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2845   // the number of edges added.
2846   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2847        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2848     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2849     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2850     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2851       PN->addIncoming(InVal, BB);
2852   }
2854   // Erase the old branch instruction.
2855   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2857   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2858   return true;
2861 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2862   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2863   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2864   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2865   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2866   if (RI->getValue() != LPInst)
2867     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2868     // caused control to branch here.
2869     return false;
2871   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2872   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2873   while (++I != E)
2874     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2875       return false;
2877   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2878   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2879   bool Changed = false;
2880   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2881     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2883     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2884       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2885       // the table.
2886       InvokeRequiresTableEntry = true;
2887       continue;
2888     }
2890     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2892     // Insert a call instruction before the invoke.
2893     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2894     Call->takeName(II);
2895     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2896     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2897     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2899     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2900     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2901     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2902     // updated.
2903     II->replaceAllUsesWith(Call);
2904     BB->removePredecessor(II->getParent());
2906     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2907     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2909     // Finally, delete the invoke instruction!
2910     II->eraseFromParent();
2911     Changed = true;
2912   }
2914   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2915     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2916     BB->eraseFromParent();
2918   return Changed;
2921 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2922   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2923   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2925   // Find predecessors that end with branches.
2926   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2927   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2928   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2929     BasicBlock *P = *PI;
2930     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2931     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2932       if (BI->isUnconditional())
2933         UncondBranchPreds.push_back(P);
2934       else
2935         CondBranchPreds.push_back(BI);
2936     }
2937   }
2939   // If we found some, do the transformation!
2940   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2941     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2942       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2943       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2944             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2945       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2946     }
2948     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2949     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2950       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2951       BB->eraseFromParent();
2953     return true;
2954   }
2956   // Check out all of the conditional branches going to this return
2957   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2958   // branch itself into a select/return pair.
2959   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2960     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2962     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2963     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2964         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2965         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2966       return true;
2967   }
2968   return false;
2971 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2972   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2974   bool Changed = false;
2976   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2977   // be removed, do so.
2978   while (UI != BB->begin()) {
2979     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2980     --BBI;
2981     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2982     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2983     // operations may have this effect.
2984     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2986     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2987       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2988         if (SI->isVolatile())
2989           break;
2990       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2991         if (LI->isVolatile())
2992           break;
2993       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
2994         if (RMWI->isVolatile())
2995           break;
2996       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
2997         if (CXI->isVolatile())
2998           break;
2999       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3000                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3001         break;
3002       }
3003       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3004       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3005       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3006       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3007     }
3009     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3010     if (!BBI->use_empty())
3011       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3012     BBI->eraseFromParent();
3013     Changed = true;
3014   }
3016   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3017   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3018   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3020   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3021   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3022     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3023     IRBuilder<> Builder(TI);
3024     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3025       if (BI->isUnconditional()) {
3026         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3027           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3028           TI->eraseFromParent();
3029           Changed = true;
3030         }
3031       } else {
3032         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3033           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3034           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3035         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3036           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3037           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3038           Changed = true;
3039         }
3040       }
3041     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3042       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3043            i != e; ++i)
3044         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3045           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3046           SI->removeCase(i);
3047           --i; --e;
3048           Changed = true;
3049         }
3050       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3051       // destination and make it the default.
3052       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3053         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3054         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3055              i != e; ++i) {
3056           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3057               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3058           if (entry.first == 0) {
3059             entry.first = 1;
3060             entry.second = i.getCaseIndex();
3061           } else {
3062             entry.first++;
3063           }
3064         }
3066         // Find the most popular block.
3067         unsigned MaxPop = 0;
3068         unsigned MaxIndex = 0;
3069         BasicBlock *MaxBlock = 0;
3070         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3071              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3072           if (I->second.first > MaxPop ||
3073               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3074             MaxPop = I->second.first;
3075             MaxIndex = I->second.second;
3076             MaxBlock = I->first;
3077           }
3078         }
3079         if (MaxBlock) {
3080           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3081           // edges to it.
3082           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3083           Changed = true;
3085           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3086           // it.
3087           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3088             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3089               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3091           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3092                i != e; ++i)
3093             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3094               SI->removeCase(i);
3095               --i; --e;
3096             }
3097         }
3098       }
3099     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3100       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3101         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3102         // place to note that the call does not throw though.
3103         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3104         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3106         // Insert the call now...
3107         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3108         Builder.SetInsertPoint(BI);
3109         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3110                                           Args, II->getName());
3111         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3112         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3113         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3114         II->replaceAllUsesWith(CI);
3115         delete II;
3116         Changed = true;
3117       }
3118     }
3119   }
3121   // If this block is now dead, remove it.
3122   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3123       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3124     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3125     BB->eraseFromParent();
3126     return true;
3127   }
3129   return Changed;
3132 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3133 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3134 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3135   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3137   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3138   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3139   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3140   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3141   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3142   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3143     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3144       return false;
3145     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3146   }
3147   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3149   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3150   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3151   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3152     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3153       return false;
3154   }
3156   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3157   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3159   Value *Sub = SI->getCondition();
3160   if (!Offset->isNullValue())
3161     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3162   Value *Cmp;
3163   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3164   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3165     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3166   else
3167     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3168   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3169       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3171   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3172   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3173   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3174   if (HasWeights) {
3175     GetBranchWeights(SI, Weights);
3176     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3177       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3178       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3179       // bits.
3180       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3181       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3182         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3183       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3184                          MDBuilder(SI->getContext()).
3185                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3186                                              (uint32_t)Weights[0]));
3187     }
3188   }
3190   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3191   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3192        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3193     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3194       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3195   }
3196   SI->eraseFromParent();
3198   return true;
3201 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3202 /// and use it to remove dead cases.
3203 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3204   Value *Cond = SI->getCondition();
3205   unsigned Bits = cast<IntegerType>(Cond->getType())->getBitWidth();
3206   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3207   ComputeMaskedBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3209   // Gather dead cases.
3210   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3211   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3212     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3213         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3214       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3215       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3216                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3217     }
3218   }
3220   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3221   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3222   if (HasWeight) {
3223     GetBranchWeights(SI, Weights);
3224     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3225   }
3227   // Remove dead cases from the switch.
3228   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3229     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3230     assert(Case != SI->case_default() &&
3231            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3232     if (HasWeight) {
3233       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3234       Weights.pop_back();
3235     }
3237     // Prune unused values from PHI nodes.
3238     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3239     SI->removeCase(Case);
3240   }
3241   if (HasWeight) {
3242     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3243     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3244                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3245                     createBranchWeights(MDWeights));
3246   }
3248   return !DeadCases.empty();
3251 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3252 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3253 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3254 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3255 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3256 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3257                                               BasicBlock *BB,
3258                                               int *PhiIndex) {
3259   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3260     return NULL; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3261   if (!BB->getSinglePredecessor())
3262     return NULL; // BB must be dominated by the switch.
3264   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3265   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3266     return NULL; // Terminator must be unconditional branch.
3268   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3270   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3271   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3272     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3273     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3275     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3276     if (InValue != CaseValue) continue;
3278     *PhiIndex = Idx;
3279     return PHI;
3280   }
3282   return NULL;
3285 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3286 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3287 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3288 /// Returns true if a change is made.
3289 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3290   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3291   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3293   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3294     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3295     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3297     int PhiIndex;
3298     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3299                                                  &PhiIndex);
3300     if (!PHI) continue;
3302     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3303   }
3305   bool Changed = false;
3307   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3308        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3309     PHINode *Phi = I->first;
3310     SmallVector<int,4> &Indexes = I->second;
3312     if (Indexes.size() < 2) continue;
3314     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3315       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3316     Changed = true;
3317   }
3319   return Changed;
3322 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3323 /// initializing an array of constants like C.
3324 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3325   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3326     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3328   return isa<ConstantFP>(C) ||
3329       isa<ConstantInt>(C) ||
3330       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3331       isa<GlobalValue>(C) ||
3332       isa<UndefValue>(C);
3335 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3336 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3337 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3338                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3339   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3340     return C;
3341   return ConstantPool.lookup(V);
3344 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3345 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3346 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3347 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3348 static Constant *ConstantFold(Instruction *I,
3349                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3350   if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
3351     Constant *A = LookupConstant(BO->getOperand(0), ConstantPool);
3352     if (!A)
3353       return 0;
3354     Constant *B = LookupConstant(BO->getOperand(1), ConstantPool);
3355     if (!B)
3356       return 0;
3357     return ConstantExpr::get(BO->getOpcode(), A, B);
3358   }
3360   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
3361     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3362     if (!A)
3363       return 0;
3364     Constant *B = LookupConstant(I->getOperand(1), ConstantPool);
3365     if (!B)
3366       return 0;
3367     return ConstantExpr::getCompare(Cmp->getPredicate(), A, B);
3368   }
3370   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3371     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3372     if (!A)
3373       return 0;
3374     if (A->isAllOnesValue())
3375       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3376     if (A->isNullValue())
3377       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3378     return 0;
3379   }
3381   if (CastInst *Cast = dyn_cast<CastInst>(I)) {
3382     Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(0), ConstantPool);
3383     if (!A)
3384       return 0;
3385     return ConstantExpr::getCast(Cast->getOpcode(), A, Cast->getDestTy());
3386   }
3388   return 0;
3391 /// GetCaseResults - Try to determine the resulting constant values in phi nodes
3392 /// at the common destination basic block, *CommonDest, for one of the case
3393 /// destionations CaseDest corresponding to value CaseVal (0 for the default
3394 /// case), of a switch instruction SI.
3395 static bool GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3396                            ConstantInt *CaseVal,
3397                            BasicBlock *CaseDest,
3398                            BasicBlock **CommonDest,
3399                            SmallVector<std::pair<PHINode*,Constant*>, 4> &Res) {
3400   // The block from which we enter the common destination.
3401   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3403   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3404   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3405   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3406   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3407   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3408        ++I) {
3409     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3410       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3411       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3412         return false;
3413       Pred = CaseDest;
3414       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3415     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3416       // Skip debug intrinsic.
3417       continue;
3418     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool)) {
3419       // Instruction is side-effect free and constant.
3420       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3421     } else {
3422       break;
3423     }
3424   }
3426   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3427   if (!*CommonDest)
3428     *CommonDest = CaseDest;
3429   // If the destination isn't the common one, abort.
3430   if (CaseDest != *CommonDest)
3431     return false;
3433   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3434   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3435   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3436     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3437     if (Idx == -1)
3438       continue;
3440     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3441                                         ConstantPool);
3442     if (!ConstVal)
3443       return false;
3445     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3446     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3447     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3448     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3449     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3451     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3452     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3453       return false;
3455     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3456   }
3458   return true;
3461 namespace {
3462   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3463   /// to replace a switch.
3464   class SwitchLookupTable {
3465   public:
3466     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3467     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3468     /// table.
3469     SwitchLookupTable(Module &M,
3470                       uint64_t TableSize,
3471                       ConstantInt *Offset,
3472                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3473                       Constant *DefaultValue,
3474                       const DataLayout *TD);
3476     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3477     /// the position given by Index in the lookup table.
3478     Value *BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder);
3480     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3481     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3482     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3483                                    uint64_t TableSize,
3484                                    const Type *ElementType);
3486   private:
3487     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3488     // different ways.
3489     enum {
3490       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3491       // store that single value and return it for each lookup.
3492       SingleValueKind,
3494       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3495       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3496       // shift and mask operations.
3497       BitMapKind,
3499       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3500       // instructions from the table.
3501       ArrayKind
3502     } Kind;
3504     // For SingleValueKind, this is the single value.
3505     Constant *SingleValue;
3507     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3508     ConstantInt *BitMap;
3509     IntegerType *BitMapElementTy;
3511     // For ArrayKind, this is the array.
3512     GlobalVariable *Array;
3513   };
3516 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3517                                      uint64_t TableSize,
3518                                      ConstantInt *Offset,
3519                const SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4>& Values,
3520                                      Constant *DefaultValue,
3521                                      const DataLayout *TD)
3522     : SingleValue(0), BitMap(0), BitMapElementTy(0), Array(0) {
3523   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3524   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3526   // If all values in the table are equal, this is that value.
3527   SingleValue = Values.begin()->second;
3529   // Build up the table contents.
3530   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3531   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3532     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3533     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3534     assert(CaseRes->getType() == DefaultValue->getType());
3536     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3537                    .getLimitedValue();
3538     TableContents[Idx] = CaseRes;
3540     if (CaseRes != SingleValue)
3541       SingleValue = 0;
3542   }
3544   // Fill in any holes in the table with the default result.
3545   if (Values.size() < TableSize) {
3546     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3547       if (!TableContents[I])
3548         TableContents[I] = DefaultValue;
3549     }
3551     if (DefaultValue != SingleValue)
3552       SingleValue = 0;
3553   }
3555   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3556   // that single value.
3557   if (SingleValue) {
3558     Kind = SingleValueKind;
3559     return;
3560   }
3562   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3563   if (WouldFitInRegister(TD, TableSize, DefaultValue->getType())) {
3564     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(DefaultValue->getType());
3565     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3566     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3567       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3568       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3569       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3570         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3571         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3572       }
3573     }
3574     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3575     BitMapElementTy = IT;
3576     Kind = BitMapKind;
3577     ++NumBitMaps;
3578     return;
3579   }
3581   // Store the table in an array.
3582   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(DefaultValue->getType(), TableSize);
3583   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3585   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3586                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3587                              Initializer,
3588                              "switch.table");
3589   Array->setUnnamedAddr(true);
3590   Kind = ArrayKind;
3593 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, IRBuilder<> &Builder) {
3594   switch (Kind) {
3595     case SingleValueKind:
3596       return SingleValue;
3597     case BitMapKind: {
3598       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3599       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3601       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3602       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3603       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3604       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3606       // Multiply the shift amount by the element width.
3607       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3608                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3609                                    "switch.shiftamt");
3611       // Shift down.
3612       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3613                                               "switch.downshift");
3614       // Mask off.
3615       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3616                                  "switch.masked");
3617     }
3618     case ArrayKind: {
3619       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3620       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3621                                              "switch.gep");
3622       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3623     }
3624   }
3625   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3628 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *TD,
3629                                            uint64_t TableSize,
3630                                            const Type *ElementType) {
3631   if (!TD)
3632     return false;
3633   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3634   if (!IT)
3635     return false;
3636   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3637   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3639   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3640   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3641     return false;
3642   return TD->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3645 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3646 /// for this switch, based on the number of caes, size of the table and the
3647 /// types of the results.
3648 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3649                                    uint64_t TableSize,
3650                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3651                                    const DataLayout *TD,
3652                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3653   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3654     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3656   bool AllTablesFitInRegister = true;
3657   bool HasIllegalType = false;
3658   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3659        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3660     Type *Ty = I->second;
3662     // Saturate this flag to true.
3663     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3665     // Saturate this flag to false.
3666     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3667       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(TD, TableSize, Ty);
3669     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3670     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3671     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3672     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3673       break;
3674   }
3676   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3677   if (AllTablesFitInRegister)
3678     return true;
3680   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3681   if (HasIllegalType)
3682     return false;
3684   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3685   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3686   // FIXME: Find the best cut-off.
3687   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3690 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3691 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3692 /// replace the switch with lookup tables.
3693 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3694                                 IRBuilder<> &Builder,
3695                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3696                                 const DataLayout* TD) {
3697   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3699   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3700   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3701     return false;
3703   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3704   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3706   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3707   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3708   // string and lookup indices into that.
3710   // Ignore the switch if the number of cases is too small.
3711   // This is similar to the check when building jump tables in
3712   // SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3713   // FIXME: Determine the best cut-off.
3714   if (SI->getNumCases() < 4)
3715     return false;
3717   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3718   // common destination, as well as the the min and max case values.
3719   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3720   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3721   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3722   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3724   BasicBlock *CommonDest = 0;
3725   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3726   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3727   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3728   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3729   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3731   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3732     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3733     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3734       MinCaseVal = CaseVal;
3735     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3736       MaxCaseVal = CaseVal;
3738     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3739     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3740     ResultsTy Results;
3741     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3742                         Results))
3743       return false;
3745     // Append the result from this case to the list for each phi.
3746     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3747       if (!ResultLists.count(I->first))
3748         PHIs.push_back(I->first);
3749       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3750     }
3751   }
3753   // Get the resulting values for the default case.
3754   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3755   if (!GetCaseResults(SI, 0, SI->getDefaultDest(), &CommonDest,
3756                       DefaultResultsList))
3757     return false;
3758   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3759     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3760     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3761     DefaultResults[PHI] = Result;
3762     ResultTypes[PHI] = Result->getType();
3763   }
3765   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3766   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3767   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, TD, ResultTypes))
3768     return false;
3770   // Create the BB that does the lookups.
3771   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3772   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3773                                             "switch.lookup",
3774                                             CommonDest->getParent(),
3775                                             CommonDest);
3777   // Check whether the condition value is within the case range, and branch to
3778   // the new BB.
3779   Builder.SetInsertPoint(SI);
3780   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3781                                         "switch.tableidx");
3782   Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3783       MinCaseVal->getType(), TableSize));
3784   Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3786   // Populate the BB that does the lookups.
3787   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3788   bool ReturnedEarly = false;
3789   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3790     PHINode *PHI = PHIs[I];
3792     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3793                             DefaultResults[PHI], TD);
3795     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, Builder);
3797     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3798     // do that right here.
3799     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->use_begin()) &&
3800         *PHI->use_begin() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3801       Builder.CreateRet(Result);
3802       ReturnedEarly = true;
3803       break;
3804     }
3806     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3807   }
3809   if (!ReturnedEarly)
3810     Builder.CreateBr(CommonDest);
3812   // Remove the switch.
3813   for (unsigned i = 0; i < SI->getNumSuccessors(); ++i) {
3814     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3815     if (Succ == SI->getDefaultDest()) continue;
3816     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3817   }
3818   SI->eraseFromParent();
3820   ++NumLookupTables;
3821   return true;
3824 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3825   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3827   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3828     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3829     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3830     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3831       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3832         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3834     Value *Cond = SI->getCondition();
3835     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3836       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3837         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3839     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3840     // away into any preds.
3841     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3842     // Ignore dbg intrinsics.
3843     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3844       ++BBI;
3845     if (SI == &*BBI)
3846       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3847         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3848   }
3850   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3851   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3852     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3854   // Remove unreachable cases.
3855   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3856     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3858   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3859     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3861   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, TD))
3862     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3864   return false;
3867 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3868   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3869   bool Changed = false;
3871   // Eliminate redundant destinations.
3872   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3873   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3874     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3875     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3876       Dest->removePredecessor(BB);
3877       IBI->removeDestination(i);
3878       --i; --e;
3879       Changed = true;
3880     }
3881   }
3883   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3884     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3885     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3886     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3887     return true;
3888   }
3890   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3891     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3892     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3893     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3894     return true;
3895   }
3897   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3898     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3899       return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3900   }
3901   return Changed;
3904 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
3905   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3907   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
3908     return true;
3910   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
3911   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
3912   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
3913       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
3914     return true;
3916   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
3917   // against a constant, try to simplify the block.
3918   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
3919     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
3920       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
3921         ;
3922       if (I->isTerminator() &&
3923           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, TD))
3924         return true;
3925     }
3927   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3928   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
3929   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
3930   // for PHI nodes in common successor.
3931   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3932     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3933   return false;
3937 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
3938   BasicBlock *BB = BI->getParent();
3940   // Conditional branch
3941   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
3942     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3943     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
3944     // switch.
3945     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3946       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
3947         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3949     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
3950     // Ignore dbg intrinsics.
3951     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
3952     // Ignore dbg intrinsics.
3953     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3954       ++I;
3955     if (&*I == BI) {
3956       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3957         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3958     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
3959       ++I;
3960       // Ignore dbg intrinsics.
3961       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
3962         ++I;
3963       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
3964         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3965     }
3966   }
3968   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
3969   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, TD, Builder))
3970     return true;
3972   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
3973   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
3974   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
3975   if (FoldBranchToCommonDest(BI))
3976     return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3978   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
3979   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
3980   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
3981   // can hoist it up to the branching block.
3982   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor() != 0) {
3983     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3984       if (HoistThenElseCodeToIf(BI))
3985         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3986     } else {
3987       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
3988       // execute Successor #0 if it branches to successor #1.
3989       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
3990       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
3991           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
3992         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0)))
3993           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
3994     }
3995   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor() != 0) {
3996     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
3997     // execute Successor #1 if it branches to successor #0.
3998     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
3999     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4000         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4001       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1)))
4002         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4003   }
4005   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4006   // through this block if any PHI node entries are constants.
4007   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4008     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4009       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, TD))
4010         return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4012   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4013   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4014     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4015       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4016         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4017           return SimplifyCFG(BB, TTI, TD) | true;
4019   return false;
4022 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4023 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4024   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4025   if (!C)
4026     return false;
4028   if (I->use_empty())
4029     return false;
4031   if (C->isNullValue()) {
4032     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4033     User *Use = *I->use_begin();
4035     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4036     // control flow (eg. calls)
4037     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4038       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4039         return false;
4041     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4042     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4043       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4044         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4046     // Look through bitcasts.
4047     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4048       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4050     // Load from null is undefined.
4051     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4052       if (!LI->isVolatile())
4053         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4055     // Store to null is undefined.
4056     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4057       if (!SI->isVolatile())
4058         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4059   }
4060   return false;
4063 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4064 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4065 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4066   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4067        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4068     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4069       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4070         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4071         IRBuilder<> Builder(T);
4072         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4073           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4074           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4075           // destination from conditional branches.
4076           if (BI->isUnconditional())
4077             Builder.CreateUnreachable();
4078           else
4079             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4080                                                          BI->getSuccessor(0));
4081           BI->eraseFromParent();
4082           return true;
4083         }
4084         // TODO: SwitchInst.
4085       }
4087   return false;
4090 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4091   bool Changed = false;
4093   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4094   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4096   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4097   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4098   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4099        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4100       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4101     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4102     DeleteDeadBlock(BB);
4103     return true;
4104   }
4106   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4107   // away...
4108   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4110   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4111   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4113   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4114   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4116   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4117   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4118   // if there are no PHI nodes.
4119   //
4120   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4121     return true;
4123   IRBuilder<> Builder(BB);
4125   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4126   // eliminate it, do so now.
4127   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4128     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4129       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, TD);
4131   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4132   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4133     if (BI->isUnconditional()) {
4134       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4135     } else {
4136       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4137     }
4138   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4139     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4140   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4141     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4142   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4143     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4144   } else if (UnreachableInst *UI =
4145                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4146     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4147   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4148                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4149     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4150   }
4152   return Changed;
4155 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4156 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4157 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4158 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4159 ///
4160 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4161                        const DataLayout *TD) {
4162   return SimplifyCFGOpt(TTI, TD).run(BB);