]> Gitweb @ Texas Instruments - Open Source Git Repositories - git.TI.com/gitweb - opencl/llvm.git/blob - lib/Transforms/Utils/SimplifyCFG.cpp
Fixing an MSVC conversion warning about implicitly converting the shift results to...
[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 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
16 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
17 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
25 #include "llvm/IR/CFG.h"
26 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
27 #include "llvm/IR/Constants.h"
28 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
29 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
30 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
31 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Metadata.h"
37 #include "llvm/IR/Module.h"
38 #include "llvm/IR/NoFolder.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
41 #include "llvm/IR/Type.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
46 #include <algorithm>
47 #include <map>
48 #include <set>
49 using namespace llvm;
50 using namespace PatternMatch;
52 #define DEBUG_TYPE "simplifycfg"
54 static cl::opt<unsigned>
55 PHINodeFoldingThreshold("phi-node-folding-threshold", cl::Hidden, cl::init(1),
56    cl::desc("Control the amount of phi node folding to perform (default = 1)"));
58 static cl::opt<bool>
59 DupRet("simplifycfg-dup-ret", cl::Hidden, cl::init(false),
60        cl::desc("Duplicate return instructions into unconditional branches"));
62 static cl::opt<bool>
63 SinkCommon("simplifycfg-sink-common", cl::Hidden, cl::init(true),
64        cl::desc("Sink common instructions down to the end block"));
66 static cl::opt<bool> HoistCondStores(
67     "simplifycfg-hoist-cond-stores", cl::Hidden, cl::init(true),
68     cl::desc("Hoist conditional stores if an unconditional store precedes"));
70 STATISTIC(NumBitMaps, "Number of switch instructions turned into bitmaps");
71 STATISTIC(NumLookupTables, "Number of switch instructions turned into lookup tables");
72 STATISTIC(NumLookupTablesHoles, "Number of switch instructions turned into lookup tables (holes checked)");
73 STATISTIC(NumSinkCommons, "Number of common instructions sunk down to the end block");
74 STATISTIC(NumSpeculations, "Number of speculative executed instructions");
76 namespace {
77   /// ValueEqualityComparisonCase - Represents a case of a switch.
78   struct ValueEqualityComparisonCase {
79     ConstantInt *Value;
80     BasicBlock *Dest;
82     ValueEqualityComparisonCase(ConstantInt *Value, BasicBlock *Dest)
83       : Value(Value), Dest(Dest) {}
85     bool operator<(ValueEqualityComparisonCase RHS) const {
86       // Comparing pointers is ok as we only rely on the order for uniquing.
87       return Value < RHS.Value;
88     }
90     bool operator==(BasicBlock *RHSDest) const { return Dest == RHSDest; }
91   };
93 class SimplifyCFGOpt {
94   const TargetTransformInfo &TTI;
95   const DataLayout *const DL;
96   Value *isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI);
97   BasicBlock *GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
98                                std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases);
99   bool SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
100                                                      BasicBlock *Pred,
101                                                      IRBuilder<> &Builder);
102   bool FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
103                                            IRBuilder<> &Builder);
105   bool SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
106   bool SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder);
107   bool SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI);
108   bool SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder);
109   bool SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI);
110   bool SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <> &Builder);
111   bool SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder <>&Builder);
113 public:
114   SimplifyCFGOpt(const TargetTransformInfo &TTI, const DataLayout *DL)
115       : TTI(TTI), DL(DL) {}
116   bool run(BasicBlock *BB);
117 };
120 /// SafeToMergeTerminators - Return true if it is safe to merge these two
121 /// terminator instructions together.
122 ///
123 static bool SafeToMergeTerminators(TerminatorInst *SI1, TerminatorInst *SI2) {
124   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
126   // It is not safe to merge these two switch instructions if they have a common
127   // successor, and if that successor has a PHI node, and if *that* PHI node has
128   // conflicting incoming values from the two switch blocks.
129   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
130   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
131   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
133   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
134     if (SI1Succs.count(*I))
135       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
136            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
137         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
138         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) !=
139             PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB))
140           return false;
141       }
143   return true;
146 /// isProfitableToFoldUnconditional - Return true if it is safe and profitable
147 /// to merge these two terminator instructions together, where SI1 is an
148 /// unconditional branch. PhiNodes will store all PHI nodes in common
149 /// successors.
150 ///
151 static bool isProfitableToFoldUnconditional(BranchInst *SI1,
152                                           BranchInst *SI2,
153                                           Instruction *Cond,
154                                           SmallVectorImpl<PHINode*> &PhiNodes) {
155   if (SI1 == SI2) return false;  // Can't merge with self!
156   assert(SI1->isUnconditional() && SI2->isConditional());
158   // We fold the unconditional branch if we can easily update all PHI nodes in
159   // common successors:
160   // 1> We have a constant incoming value for the conditional branch;
161   // 2> We have "Cond" as the incoming value for the unconditional branch;
162   // 3> SI2->getCondition() and Cond have same operands.
163   CmpInst *Ci2 = dyn_cast<CmpInst>(SI2->getCondition());
164   if (!Ci2) return false;
165   if (!(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(0) &&
166         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(1)) &&
167       !(Cond->getOperand(0) == Ci2->getOperand(1) &&
168         Cond->getOperand(1) == Ci2->getOperand(0)))
169     return false;
171   BasicBlock *SI1BB = SI1->getParent();
172   BasicBlock *SI2BB = SI2->getParent();
173   SmallPtrSet<BasicBlock*, 16> SI1Succs(succ_begin(SI1BB), succ_end(SI1BB));
174   for (succ_iterator I = succ_begin(SI2BB), E = succ_end(SI2BB); I != E; ++I)
175     if (SI1Succs.count(*I))
176       for (BasicBlock::iterator BBI = (*I)->begin();
177            isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
178         PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
179         if (PN->getIncomingValueForBlock(SI1BB) != Cond ||
180             !isa<ConstantInt>(PN->getIncomingValueForBlock(SI2BB)))
181           return false;
182         PhiNodes.push_back(PN);
183       }
184   return true;
187 /// AddPredecessorToBlock - Update PHI nodes in Succ to indicate that there will
188 /// now be entries in it from the 'NewPred' block.  The values that will be
189 /// flowing into the PHI nodes will be the same as those coming in from
190 /// ExistPred, an existing predecessor of Succ.
191 static void AddPredecessorToBlock(BasicBlock *Succ, BasicBlock *NewPred,
192                                   BasicBlock *ExistPred) {
193   if (!isa<PHINode>(Succ->begin())) return; // Quick exit if nothing to do
195   PHINode *PN;
196   for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
197        (PN = dyn_cast<PHINode>(I)); ++I)
198     PN->addIncoming(PN->getIncomingValueForBlock(ExistPred), NewPred);
201 /// ComputeSpeculationCost - Compute an abstract "cost" of speculating the
202 /// given instruction, which is assumed to be safe to speculate. 1 means
203 /// cheap, 2 means less cheap, and UINT_MAX means prohibitively expensive.
204 static unsigned ComputeSpeculationCost(const User *I, const DataLayout *DL) {
205   assert(isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
206          "Instruction is not safe to speculatively execute!");
207   switch (Operator::getOpcode(I)) {
208   default:
209     // In doubt, be conservative.
210     return UINT_MAX;
211   case Instruction::GetElementPtr:
212     // GEPs are cheap if all indices are constant.
213     if (!cast<GEPOperator>(I)->hasAllConstantIndices())
214       return UINT_MAX;
215     return 1;
216   case Instruction::ExtractValue:
217   case Instruction::Load:
218   case Instruction::Add:
219   case Instruction::Sub:
220   case Instruction::And:
221   case Instruction::Or:
222   case Instruction::Xor:
223   case Instruction::Shl:
224   case Instruction::LShr:
225   case Instruction::AShr:
226   case Instruction::ICmp:
227   case Instruction::Trunc:
228   case Instruction::ZExt:
229   case Instruction::SExt:
230   case Instruction::BitCast:
231   case Instruction::ExtractElement:
232   case Instruction::InsertElement:
233     return 1; // These are all cheap.
235   case Instruction::Call:
236   case Instruction::Select:
237     return 2;
238   }
241 /// DominatesMergePoint - If we have a merge point of an "if condition" as
242 /// accepted above, return true if the specified value dominates the block.  We
243 /// don't handle the true generality of domination here, just a special case
244 /// which works well enough for us.
245 ///
246 /// If AggressiveInsts is non-null, and if V does not dominate BB, we check to
247 /// see if V (which must be an instruction) and its recursive operands
248 /// that do not dominate BB have a combined cost lower than CostRemaining and
249 /// are non-trapping.  If both are true, the instruction is inserted into the
250 /// set and true is returned.
251 ///
252 /// The cost for most non-trapping instructions is defined as 1 except for
253 /// Select whose cost is 2.
254 ///
255 /// After this function returns, CostRemaining is decreased by the cost of
256 /// V plus its non-dominating operands.  If that cost is greater than
257 /// CostRemaining, false is returned and CostRemaining is undefined.
258 static bool DominatesMergePoint(Value *V, BasicBlock *BB,
259                                 SmallPtrSet<Instruction*, 4> *AggressiveInsts,
260                                 unsigned &CostRemaining,
261                                 const DataLayout *DL) {
262   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
263   if (!I) {
264     // Non-instructions all dominate instructions, but not all constantexprs
265     // can be executed unconditionally.
266     if (ConstantExpr *C = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
267       if (C->canTrap())
268         return false;
269     return true;
270   }
271   BasicBlock *PBB = I->getParent();
273   // We don't want to allow weird loops that might have the "if condition" in
274   // the bottom of this block.
275   if (PBB == BB) return false;
277   // If this instruction is defined in a block that contains an unconditional
278   // branch to BB, then it must be in the 'conditional' part of the "if
279   // statement".  If not, it definitely dominates the region.
280   BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PBB->getTerminator());
281   if (!BI || BI->isConditional() || BI->getSuccessor(0) != BB)
282     return true;
284   // If we aren't allowing aggressive promotion anymore, then don't consider
285   // instructions in the 'if region'.
286   if (!AggressiveInsts) return false;
288   // If we have seen this instruction before, don't count it again.
289   if (AggressiveInsts->count(I)) return true;
291   // Okay, it looks like the instruction IS in the "condition".  Check to
292   // see if it's a cheap instruction to unconditionally compute, and if it
293   // only uses stuff defined outside of the condition.  If so, hoist it out.
294   if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL))
295     return false;
297   unsigned Cost = ComputeSpeculationCost(I, DL);
299   if (Cost > CostRemaining)
300     return false;
302   CostRemaining -= Cost;
304   // Okay, we can only really hoist these out if their operands do
305   // not take us over the cost threshold.
306   for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end(); i != e; ++i)
307     if (!DominatesMergePoint(*i, BB, AggressiveInsts, CostRemaining, DL))
308       return false;
309   // Okay, it's safe to do this!  Remember this instruction.
310   AggressiveInsts->insert(I);
311   return true;
314 /// GetConstantInt - Extract ConstantInt from value, looking through IntToPtr
315 /// and PointerNullValue. Return NULL if value is not a constant int.
316 static ConstantInt *GetConstantInt(Value *V, const DataLayout *DL) {
317   // Normal constant int.
318   ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V);
319   if (CI || !DL || !isa<Constant>(V) || !V->getType()->isPointerTy())
320     return CI;
322   // This is some kind of pointer constant. Turn it into a pointer-sized
323   // ConstantInt if possible.
324   IntegerType *PtrTy = cast<IntegerType>(DL->getIntPtrType(V->getType()));
326   // Null pointer means 0, see SelectionDAGBuilder::getValue(const Value*).
327   if (isa<ConstantPointerNull>(V))
328     return ConstantInt::get(PtrTy, 0);
330   // IntToPtr const int.
331   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V))
332     if (CE->getOpcode() == Instruction::IntToPtr)
333       if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(CE->getOperand(0))) {
334         // The constant is very likely to have the right type already.
335         if (CI->getType() == PtrTy)
336           return CI;
337         else
338           return cast<ConstantInt>
339             (ConstantExpr::getIntegerCast(CI, PtrTy, /*isSigned=*/false));
340       }
341   return nullptr;
344 /// GatherConstantCompares - Given a potentially 'or'd or 'and'd together
345 /// collection of icmp eq/ne instructions that compare a value against a
346 /// constant, return the value being compared, and stick the constant into the
347 /// Values vector.
348 static Value *
349 GatherConstantCompares(Value *V, std::vector<ConstantInt*> &Vals, Value *&Extra,
350                        const DataLayout *DL, bool isEQ, unsigned &UsedICmps) {
351   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
352   if (!I) return nullptr;
354   // If this is an icmp against a constant, handle this as one of the cases.
355   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
356     if (ConstantInt *C = GetConstantInt(I->getOperand(1), DL)) {
357       Value *RHSVal;
358       ConstantInt *RHSC;
360       if (ICI->getPredicate() == (isEQ ? ICmpInst::ICMP_EQ:ICmpInst::ICMP_NE)) {
361         // (x & ~2^x) == y --> x == y || x == y|2^x
362         // This undoes a transformation done by instcombine to fuse 2 compares.
363         if (match(ICI->getOperand(0),
364                   m_And(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)))) {
365           APInt Not = ~RHSC->getValue();
366           if (Not.isPowerOf2()) {
367             Vals.push_back(C);
368             Vals.push_back(
369                 ConstantInt::get(C->getContext(), C->getValue() | Not));
370             UsedICmps++;
371             return RHSVal;
372           }
373         }
375         UsedICmps++;
376         Vals.push_back(C);
377         return I->getOperand(0);
378       }
380       // If we have "x ult 3" comparison, for example, then we can add 0,1,2 to
381       // the set.
382       ConstantRange Span =
383         ConstantRange::makeICmpRegion(ICI->getPredicate(), C->getValue());
385       // Shift the range if the compare is fed by an add. This is the range
386       // compare idiom as emitted by instcombine.
387       bool hasAdd =
388           match(I->getOperand(0), m_Add(m_Value(RHSVal), m_ConstantInt(RHSC)));
389       if (hasAdd)
390         Span = Span.subtract(RHSC->getValue());
392       // If this is an and/!= check then we want to optimize "x ugt 2" into
393       // x != 0 && x != 1.
394       if (!isEQ)
395         Span = Span.inverse();
397       // If there are a ton of values, we don't want to make a ginormous switch.
398       if (Span.getSetSize().ugt(8) || Span.isEmptySet())
399         return nullptr;
401       for (APInt Tmp = Span.getLower(); Tmp != Span.getUpper(); ++Tmp)
402         Vals.push_back(ConstantInt::get(V->getContext(), Tmp));
403       UsedICmps++;
404       return hasAdd ? RHSVal : I->getOperand(0);
405     }
406     return nullptr;
407   }
409   // Otherwise, we can only handle an | or &, depending on isEQ.
410   if (I->getOpcode() != (isEQ ? Instruction::Or : Instruction::And))
411     return nullptr;
413   unsigned NumValsBeforeLHS = Vals.size();
414   unsigned UsedICmpsBeforeLHS = UsedICmps;
415   if (Value *LHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(0), Vals, Extra, DL,
416                                           isEQ, UsedICmps)) {
417     unsigned NumVals = Vals.size();
418     unsigned UsedICmpsBeforeRHS = UsedICmps;
419     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, DL,
420                                             isEQ, UsedICmps)) {
421       if (LHS == RHS)
422         return LHS;
423       Vals.resize(NumVals);
424       UsedICmps = UsedICmpsBeforeRHS;
425     }
427     // The RHS of the or/and can't be folded in and we haven't used "Extra" yet,
428     // set it and return success.
429     if (Extra == nullptr || Extra == I->getOperand(1)) {
430       Extra = I->getOperand(1);
431       return LHS;
432     }
434     Vals.resize(NumValsBeforeLHS);
435     UsedICmps = UsedICmpsBeforeLHS;
436     return nullptr;
437   }
439   // If the LHS can't be folded in, but Extra is available and RHS can, try to
440   // use LHS as Extra.
441   if (Extra == nullptr || Extra == I->getOperand(0)) {
442     Value *OldExtra = Extra;
443     Extra = I->getOperand(0);
444     if (Value *RHS = GatherConstantCompares(I->getOperand(1), Vals, Extra, DL,
445                                             isEQ, UsedICmps))
446       return RHS;
447     assert(Vals.size() == NumValsBeforeLHS);
448     Extra = OldExtra;
449   }
451   return nullptr;
454 static void EraseTerminatorInstAndDCECond(TerminatorInst *TI) {
455   Instruction *Cond = nullptr;
456   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
457     Cond = dyn_cast<Instruction>(SI->getCondition());
458   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
459     if (BI->isConditional())
460       Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
461   } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(TI)) {
462     Cond = dyn_cast<Instruction>(IBI->getAddress());
463   }
465   TI->eraseFromParent();
466   if (Cond) RecursivelyDeleteTriviallyDeadInstructions(Cond);
469 /// isValueEqualityComparison - Return true if the specified terminator checks
470 /// to see if a value is equal to constant integer value.
471 Value *SimplifyCFGOpt::isValueEqualityComparison(TerminatorInst *TI) {
472   Value *CV = nullptr;
473   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
474     // Do not permit merging of large switch instructions into their
475     // predecessors unless there is only one predecessor.
476     if (SI->getNumSuccessors()*std::distance(pred_begin(SI->getParent()),
477                                              pred_end(SI->getParent())) <= 128)
478       CV = SI->getCondition();
479   } else if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
480     if (BI->isConditional() && BI->getCondition()->hasOneUse())
481       if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(BI->getCondition()))
482         if (ICI->isEquality() && GetConstantInt(ICI->getOperand(1), DL))
483           CV = ICI->getOperand(0);
485   // Unwrap any lossless ptrtoint cast.
486   if (DL && CV) {
487     if (PtrToIntInst *PTII = dyn_cast<PtrToIntInst>(CV)) {
488       Value *Ptr = PTII->getPointerOperand();
489       if (PTII->getType() == DL->getIntPtrType(Ptr->getType()))
490         CV = Ptr;
491     }
492   }
493   return CV;
496 /// GetValueEqualityComparisonCases - Given a value comparison instruction,
497 /// decode all of the 'cases' that it represents and return the 'default' block.
498 BasicBlock *SimplifyCFGOpt::
499 GetValueEqualityComparisonCases(TerminatorInst *TI,
500                                 std::vector<ValueEqualityComparisonCase>
501                                                                        &Cases) {
502   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
503     Cases.reserve(SI->getNumCases());
504     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end(); i != e; ++i)
505       Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(i.getCaseValue(),
506                                                   i.getCaseSuccessor()));
507     return SI->getDefaultDest();
508   }
510   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(TI);
511   ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
512   BasicBlock *Succ = BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_NE);
513   Cases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(GetConstantInt(ICI->getOperand(1),
514                                                              DL),
515                                               Succ));
516   return BI->getSuccessor(ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ);
520 /// EliminateBlockCases - Given a vector of bb/value pairs, remove any entries
521 /// in the list that match the specified block.
522 static void EliminateBlockCases(BasicBlock *BB,
523                               std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &Cases) {
524   Cases.erase(std::remove(Cases.begin(), Cases.end(), BB), Cases.end());
527 /// ValuesOverlap - Return true if there are any keys in C1 that exist in C2 as
528 /// well.
529 static bool
530 ValuesOverlap(std::vector<ValueEqualityComparisonCase> &C1,
531               std::vector<ValueEqualityComparisonCase > &C2) {
532   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> *V1 = &C1, *V2 = &C2;
534   // Make V1 be smaller than V2.
535   if (V1->size() > V2->size())
536     std::swap(V1, V2);
538   if (V1->size() == 0) return false;
539   if (V1->size() == 1) {
540     // Just scan V2.
541     ConstantInt *TheVal = (*V1)[0].Value;
542     for (unsigned i = 0, e = V2->size(); i != e; ++i)
543       if (TheVal == (*V2)[i].Value)
544         return true;
545   }
547   // Otherwise, just sort both lists and compare element by element.
548   array_pod_sort(V1->begin(), V1->end());
549   array_pod_sort(V2->begin(), V2->end());
550   unsigned i1 = 0, i2 = 0, e1 = V1->size(), e2 = V2->size();
551   while (i1 != e1 && i2 != e2) {
552     if ((*V1)[i1].Value == (*V2)[i2].Value)
553       return true;
554     if ((*V1)[i1].Value < (*V2)[i2].Value)
555       ++i1;
556     else
557       ++i2;
558   }
559   return false;
562 /// SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor - If TI is known to be a
563 /// terminator instruction and its block is known to only have a single
564 /// predecessor block, check to see if that predecessor is also a value
565 /// comparison with the same value, and if that comparison determines the
566 /// outcome of this comparison.  If so, simplify TI.  This does a very limited
567 /// form of jump threading.
568 bool SimplifyCFGOpt::
569 SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(TerminatorInst *TI,
570                                               BasicBlock *Pred,
571                                               IRBuilder<> &Builder) {
572   Value *PredVal = isValueEqualityComparison(Pred->getTerminator());
573   if (!PredVal) return false;  // Not a value comparison in predecessor.
575   Value *ThisVal = isValueEqualityComparison(TI);
576   assert(ThisVal && "This isn't a value comparison!!");
577   if (ThisVal != PredVal) return false;  // Different predicates.
579   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
580   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
582   // Find out information about when control will move from Pred to TI's block.
583   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
584   BasicBlock *PredDef = GetValueEqualityComparisonCases(Pred->getTerminator(),
585                                                         PredCases);
586   EliminateBlockCases(PredDef, PredCases);  // Remove default from cases.
588   // Find information about how control leaves this block.
589   std::vector<ValueEqualityComparisonCase> ThisCases;
590   BasicBlock *ThisDef = GetValueEqualityComparisonCases(TI, ThisCases);
591   EliminateBlockCases(ThisDef, ThisCases);  // Remove default from cases.
593   // If TI's block is the default block from Pred's comparison, potentially
594   // simplify TI based on this knowledge.
595   if (PredDef == TI->getParent()) {
596     // If we are here, we know that the value is none of those cases listed in
597     // PredCases.  If there are any cases in ThisCases that are in PredCases, we
598     // can simplify TI.
599     if (!ValuesOverlap(PredCases, ThisCases))
600       return false;
602     if (isa<BranchInst>(TI)) {
603       // Okay, one of the successors of this condbr is dead.  Convert it to a
604       // uncond br.
605       assert(ThisCases.size() == 1 && "Branch can only have one case!");
606       // Insert the new branch.
607       Instruction *NI = Builder.CreateBr(ThisDef);
608       (void) NI;
610       // Remove PHI node entries for the dead edge.
611       ThisCases[0].Dest->removePredecessor(TI->getParent());
613       DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
614            << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
616       EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
617       return true;
618     }
620     SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(TI);
621     // Okay, TI has cases that are statically dead, prune them away.
622     SmallPtrSet<Constant*, 16> DeadCases;
623     for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
624       DeadCases.insert(PredCases[i].Value);
626     DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
627                  << "Through successor TI: " << *TI);
629     // Collect branch weights into a vector.
630     SmallVector<uint32_t, 8> Weights;
631     MDNode* MD = SI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
632     bool HasWeight = MD && (MD->getNumOperands() == 2 + SI->getNumCases());
633     if (HasWeight)
634       for (unsigned MD_i = 1, MD_e = MD->getNumOperands(); MD_i < MD_e;
635            ++MD_i) {
636         ConstantInt* CI = dyn_cast<ConstantInt>(MD->getOperand(MD_i));
637         assert(CI);
638         Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
639       }
640     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_end(), e = SI->case_begin(); i != e;) {
641       --i;
642       if (DeadCases.count(i.getCaseValue())) {
643         if (HasWeight) {
644           std::swap(Weights[i.getCaseIndex()+1], Weights.back());
645           Weights.pop_back();
646         }
647         i.getCaseSuccessor()->removePredecessor(TI->getParent());
648         SI->removeCase(i);
649       }
650     }
651     if (HasWeight && Weights.size() >= 2)
652       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
653                       MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
654                       createBranchWeights(Weights));
656     DEBUG(dbgs() << "Leaving: " << *TI << "\n");
657     return true;
658   }
660   // Otherwise, TI's block must correspond to some matched value.  Find out
661   // which value (or set of values) this is.
662   ConstantInt *TIV = nullptr;
663   BasicBlock *TIBB = TI->getParent();
664   for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
665     if (PredCases[i].Dest == TIBB) {
666       if (TIV)
667         return false;  // Cannot handle multiple values coming to this block.
668       TIV = PredCases[i].Value;
669     }
670   assert(TIV && "No edge from pred to succ?");
672   // Okay, we found the one constant that our value can be if we get into TI's
673   // BB.  Find out which successor will unconditionally be branched to.
674   BasicBlock *TheRealDest = nullptr;
675   for (unsigned i = 0, e = ThisCases.size(); i != e; ++i)
676     if (ThisCases[i].Value == TIV) {
677       TheRealDest = ThisCases[i].Dest;
678       break;
679     }
681   // If not handled by any explicit cases, it is handled by the default case.
682   if (!TheRealDest) TheRealDest = ThisDef;
684   // Remove PHI node entries for dead edges.
685   BasicBlock *CheckEdge = TheRealDest;
686   for (succ_iterator SI = succ_begin(TIBB), e = succ_end(TIBB); SI != e; ++SI)
687     if (*SI != CheckEdge)
688       (*SI)->removePredecessor(TIBB);
689     else
690       CheckEdge = nullptr;
692   // Insert the new branch.
693   Instruction *NI = Builder.CreateBr(TheRealDest);
694   (void) NI;
696   DEBUG(dbgs() << "Threading pred instr: " << *Pred->getTerminator()
697             << "Through successor TI: " << *TI << "Leaving: " << *NI << "\n");
699   EraseTerminatorInstAndDCECond(TI);
700   return true;
703 namespace {
704   /// ConstantIntOrdering - This class implements a stable ordering of constant
705   /// integers that does not depend on their address.  This is important for
706   /// applications that sort ConstantInt's to ensure uniqueness.
707   struct ConstantIntOrdering {
708     bool operator()(const ConstantInt *LHS, const ConstantInt *RHS) const {
709       return LHS->getValue().ult(RHS->getValue());
710     }
711   };
714 static int ConstantIntSortPredicate(ConstantInt *const *P1,
715                                     ConstantInt *const *P2) {
716   const ConstantInt *LHS = *P1;
717   const ConstantInt *RHS = *P2;
718   if (LHS->getValue().ult(RHS->getValue()))
719     return 1;
720   if (LHS->getValue() == RHS->getValue())
721     return 0;
722   return -1;
725 static inline bool HasBranchWeights(const Instruction* I) {
726   MDNode* ProfMD = I->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
727   if (ProfMD && ProfMD->getOperand(0))
728     if (MDString* MDS = dyn_cast<MDString>(ProfMD->getOperand(0)))
729       return MDS->getString().equals("branch_weights");
731   return false;
734 /// Get Weights of a given TerminatorInst, the default weight is at the front
735 /// of the vector. If TI is a conditional eq, we need to swap the branch-weight
736 /// metadata.
737 static void GetBranchWeights(TerminatorInst *TI,
738                              SmallVectorImpl<uint64_t> &Weights) {
739   MDNode* MD = TI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
740   assert(MD);
741   for (unsigned i = 1, e = MD->getNumOperands(); i < e; ++i) {
742     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(MD->getOperand(i));
743     Weights.push_back(CI->getValue().getZExtValue());
744   }
746   // If TI is a conditional eq, the default case is the false case,
747   // and the corresponding branch-weight data is at index 2. We swap the
748   // default weight to be the first entry.
749   if (BranchInst* BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
750     assert(Weights.size() == 2);
751     ICmpInst *ICI = cast<ICmpInst>(BI->getCondition());
752     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
753       std::swap(Weights.front(), Weights.back());
754   }
757 /// Keep halving the weights until all can fit in uint32_t.
758 static void FitWeights(MutableArrayRef<uint64_t> Weights) {
759   uint64_t Max = *std::max_element(Weights.begin(), Weights.end());
760   if (Max > UINT_MAX) {
761     unsigned Offset = 32 - countLeadingZeros(Max);
762     for (uint64_t &I : Weights)
763       I >>= Offset;
764   }
767 /// FoldValueComparisonIntoPredecessors - The specified terminator is a value
768 /// equality comparison instruction (either a switch or a branch on "X == c").
769 /// See if any of the predecessors of the terminator block are value comparisons
770 /// on the same value.  If so, and if safe to do so, fold them together.
771 bool SimplifyCFGOpt::FoldValueComparisonIntoPredecessors(TerminatorInst *TI,
772                                                          IRBuilder<> &Builder) {
773   BasicBlock *BB = TI->getParent();
774   Value *CV = isValueEqualityComparison(TI);  // CondVal
775   assert(CV && "Not a comparison?");
776   bool Changed = false;
778   SmallVector<BasicBlock*, 16> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
779   while (!Preds.empty()) {
780     BasicBlock *Pred = Preds.pop_back_val();
782     // See if the predecessor is a comparison with the same value.
783     TerminatorInst *PTI = Pred->getTerminator();
784     Value *PCV = isValueEqualityComparison(PTI);  // PredCondVal
786     if (PCV == CV && SafeToMergeTerminators(TI, PTI)) {
787       // Figure out which 'cases' to copy from SI to PSI.
788       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> BBCases;
789       BasicBlock *BBDefault = GetValueEqualityComparisonCases(TI, BBCases);
791       std::vector<ValueEqualityComparisonCase> PredCases;
792       BasicBlock *PredDefault = GetValueEqualityComparisonCases(PTI, PredCases);
794       // Based on whether the default edge from PTI goes to BB or not, fill in
795       // PredCases and PredDefault with the new switch cases we would like to
796       // build.
797       SmallVector<BasicBlock*, 8> NewSuccessors;
799       // Update the branch weight metadata along the way
800       SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
801       bool PredHasWeights = HasBranchWeights(PTI);
802       bool SuccHasWeights = HasBranchWeights(TI);
804       if (PredHasWeights) {
805         GetBranchWeights(PTI, Weights);
806         // branch-weight metadata is inconsistent here.
807         if (Weights.size() != 1 + PredCases.size())
808           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
809       } else if (SuccHasWeights)
810         // If there are no predecessor weights but there are successor weights,
811         // populate Weights with 1, which will later be scaled to the sum of
812         // successor's weights
813         Weights.assign(1 + PredCases.size(), 1);
815       SmallVector<uint64_t, 8> SuccWeights;
816       if (SuccHasWeights) {
817         GetBranchWeights(TI, SuccWeights);
818         // branch-weight metadata is inconsistent here.
819         if (SuccWeights.size() != 1 + BBCases.size())
820           PredHasWeights = SuccHasWeights = false;
821       } else if (PredHasWeights)
822         SuccWeights.assign(1 + BBCases.size(), 1);
824       if (PredDefault == BB) {
825         // If this is the default destination from PTI, only the edges in TI
826         // that don't occur in PTI, or that branch to BB will be activated.
827         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
828         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
829           if (PredCases[i].Dest != BB)
830             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
831           else {
832             // The default destination is BB, we don't need explicit targets.
833             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
835             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
836               // Increase weight for the default case.
837               Weights[0] += Weights[i+1];
838               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
839               Weights.pop_back();
840             }
842             PredCases.pop_back();
843             --i; --e;
844           }
846         // Reconstruct the new switch statement we will be building.
847         if (PredDefault != BBDefault) {
848           PredDefault->removePredecessor(Pred);
849           PredDefault = BBDefault;
850           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
851         }
853         unsigned CasesFromPred = Weights.size();
854         uint64_t ValidTotalSuccWeight = 0;
855         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
856           if (!PTIHandled.count(BBCases[i].Value) &&
857               BBCases[i].Dest != BBDefault) {
858             PredCases.push_back(BBCases[i]);
859             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
860             if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
861               // The default weight is at index 0, so weight for the ith case
862               // should be at index i+1. Scale the cases from successor by
863               // PredDefaultWeight (Weights[0]).
864               Weights.push_back(Weights[0] * SuccWeights[i+1]);
865               ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[i+1];
866             }
867           }
869         if (SuccHasWeights || PredHasWeights) {
870           ValidTotalSuccWeight += SuccWeights[0];
871           // Scale the cases from predecessor by ValidTotalSuccWeight.
872           for (unsigned i = 1; i < CasesFromPred; ++i)
873             Weights[i] *= ValidTotalSuccWeight;
874           // Scale the default weight by SuccDefaultWeight (SuccWeights[0]).
875           Weights[0] *= SuccWeights[0];
876         }
877       } else {
878         // If this is not the default destination from PSI, only the edges
879         // in SI that occur in PSI with a destination of BB will be
880         // activated.
881         std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering> PTIHandled;
882         std::map<ConstantInt*, uint64_t> WeightsForHandled;
883         for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
884           if (PredCases[i].Dest == BB) {
885             PTIHandled.insert(PredCases[i].Value);
887             if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
888               WeightsForHandled[PredCases[i].Value] = Weights[i+1];
889               std::swap(Weights[i+1], Weights.back());
890               Weights.pop_back();
891             }
893             std::swap(PredCases[i], PredCases.back());
894             PredCases.pop_back();
895             --i; --e;
896           }
898         // Okay, now we know which constants were sent to BB from the
899         // predecessor.  Figure out where they will all go now.
900         for (unsigned i = 0, e = BBCases.size(); i != e; ++i)
901           if (PTIHandled.count(BBCases[i].Value)) {
902             // If this is one we are capable of getting...
903             if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
904               Weights.push_back(WeightsForHandled[BBCases[i].Value]);
905             PredCases.push_back(BBCases[i]);
906             NewSuccessors.push_back(BBCases[i].Dest);
907             PTIHandled.erase(BBCases[i].Value);// This constant is taken care of
908           }
910         // If there are any constants vectored to BB that TI doesn't handle,
911         // they must go to the default destination of TI.
912         for (std::set<ConstantInt*, ConstantIntOrdering>::iterator I =
913                                     PTIHandled.begin(),
914                E = PTIHandled.end(); I != E; ++I) {
915           if (PredHasWeights || SuccHasWeights)
916             Weights.push_back(WeightsForHandled[*I]);
917           PredCases.push_back(ValueEqualityComparisonCase(*I, BBDefault));
918           NewSuccessors.push_back(BBDefault);
919         }
920       }
922       // Okay, at this point, we know which new successor Pred will get.  Make
923       // sure we update the number of entries in the PHI nodes for these
924       // successors.
925       for (unsigned i = 0, e = NewSuccessors.size(); i != e; ++i)
926         AddPredecessorToBlock(NewSuccessors[i], Pred, BB);
928       Builder.SetInsertPoint(PTI);
929       // Convert pointer to int before we switch.
930       if (CV->getType()->isPointerTy()) {
931         assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
932         CV = Builder.CreatePtrToInt(CV, DL->getIntPtrType(CV->getType()),
933                                     "magicptr");
934       }
936       // Now that the successors are updated, create the new Switch instruction.
937       SwitchInst *NewSI = Builder.CreateSwitch(CV, PredDefault,
938                                                PredCases.size());
939       NewSI->setDebugLoc(PTI->getDebugLoc());
940       for (unsigned i = 0, e = PredCases.size(); i != e; ++i)
941         NewSI->addCase(PredCases[i].Value, PredCases[i].Dest);
943       if (PredHasWeights || SuccHasWeights) {
944         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
945         FitWeights(Weights);
947         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
949         NewSI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
950                            MDBuilder(BB->getContext()).
951                            createBranchWeights(MDWeights));
952       }
954       EraseTerminatorInstAndDCECond(PTI);
956       // Okay, last check.  If BB is still a successor of PSI, then we must
957       // have an infinite loop case.  If so, add an infinitely looping block
958       // to handle the case to preserve the behavior of the code.
959       BasicBlock *InfLoopBlock = nullptr;
960       for (unsigned i = 0, e = NewSI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
961         if (NewSI->getSuccessor(i) == BB) {
962           if (!InfLoopBlock) {
963             // Insert it at the end of the function, because it's either code,
964             // or it won't matter if it's hot. :)
965             InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
966                                               "infloop", BB->getParent());
967             BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
968           }
969           NewSI->setSuccessor(i, InfLoopBlock);
970         }
972       Changed = true;
973     }
974   }
975   return Changed;
978 // isSafeToHoistInvoke - If we would need to insert a select that uses the
979 // value of this invoke (comments in HoistThenElseCodeToIf explain why we
980 // would need to do this), we can't hoist the invoke, as there is nowhere
981 // to put the select in this case.
982 static bool isSafeToHoistInvoke(BasicBlock *BB1, BasicBlock *BB2,
983                                 Instruction *I1, Instruction *I2) {
984   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
985     PHINode *PN;
986     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
987          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
988       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
989       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
990       if (BB1V != BB2V && (BB1V==I1 || BB2V==I2)) {
991         return false;
992       }
993     }
994   }
995   return true;
998 /// HoistThenElseCodeToIf - Given a conditional branch that goes to BB1 and
999 /// BB2, hoist any common code in the two blocks up into the branch block.  The
1000 /// caller of this function guarantees that BI's block dominates BB1 and BB2.
1001 static bool HoistThenElseCodeToIf(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1002   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1003   // instructions in the two blocks.  In particular, we don't want to get into
1004   // O(M*N) situations here where M and N are the sizes of BB1 and BB2.  As
1005   // such, we currently just scan for obviously identical instructions in an
1006   // identical order.
1007   BasicBlock *BB1 = BI->getSuccessor(0);  // The true destination.
1008   BasicBlock *BB2 = BI->getSuccessor(1);  // The false destination
1010   BasicBlock::iterator BB1_Itr = BB1->begin();
1011   BasicBlock::iterator BB2_Itr = BB2->begin();
1013   Instruction *I1 = BB1_Itr++, *I2 = BB2_Itr++;
1014   // Skip debug info if it is not identical.
1015   DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1016   DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1017   if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1018     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1019       I1 = BB1_Itr++;
1020     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1021       I2 = BB2_Itr++;
1022   }
1023   if (isa<PHINode>(I1) || !I1->isIdenticalToWhenDefined(I2) ||
1024       (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2)))
1025     return false;
1027   BasicBlock *BIParent = BI->getParent();
1029   bool Changed = false;
1030   do {
1031     // If we are hoisting the terminator instruction, don't move one (making a
1032     // broken BB), instead clone it, and remove BI.
1033     if (isa<TerminatorInst>(I1))
1034       goto HoistTerminator;
1036     // For a normal instruction, we just move one to right before the branch,
1037     // then replace all uses of the other with the first.  Finally, we remove
1038     // the now redundant second instruction.
1039     BIParent->getInstList().splice(BI, BB1->getInstList(), I1);
1040     if (!I2->use_empty())
1041       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1042     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1043     I2->eraseFromParent();
1044     Changed = true;
1046     I1 = BB1_Itr++;
1047     I2 = BB2_Itr++;
1048     // Skip debug info if it is not identical.
1049     DbgInfoIntrinsic *DBI1 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I1);
1050     DbgInfoIntrinsic *DBI2 = dyn_cast<DbgInfoIntrinsic>(I2);
1051     if (!DBI1 || !DBI2 || !DBI1->isIdenticalToWhenDefined(DBI2)) {
1052       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I1))
1053         I1 = BB1_Itr++;
1054       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I2))
1055         I2 = BB2_Itr++;
1056     }
1057   } while (I1->isIdenticalToWhenDefined(I2));
1059   return true;
1061 HoistTerminator:
1062   // It may not be possible to hoist an invoke.
1063   if (isa<InvokeInst>(I1) && !isSafeToHoistInvoke(BB1, BB2, I1, I2))
1064     return Changed;
1066   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1067     PHINode *PN;
1068     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1069          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1070       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1071       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1072       if (BB1V == BB2V)
1073         continue;
1075       if (isa<ConstantExpr>(BB1V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB1V, DL))
1076         return Changed;
1077       if (isa<ConstantExpr>(BB2V) && !isSafeToSpeculativelyExecute(BB2V, DL))
1078         return Changed;
1079     }
1080   }
1082   // Okay, it is safe to hoist the terminator.
1083   Instruction *NT = I1->clone();
1084   BIParent->getInstList().insert(BI, NT);
1085   if (!NT->getType()->isVoidTy()) {
1086     I1->replaceAllUsesWith(NT);
1087     I2->replaceAllUsesWith(NT);
1088     NT->takeName(I1);
1089   }
1091   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(NT);
1092   // Hoisting one of the terminators from our successor is a great thing.
1093   // Unfortunately, the successors of the if/else blocks may have PHI nodes in
1094   // them.  If they do, all PHI entries for BB1/BB2 must agree for all PHI
1095   // nodes, so we insert select instruction to compute the final result.
1096   std::map<std::pair<Value*,Value*>, SelectInst*> InsertedSelects;
1097   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI) {
1098     PHINode *PN;
1099     for (BasicBlock::iterator BBI = SI->begin();
1100          (PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)); ++BBI) {
1101       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1102       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1103       if (BB1V == BB2V) continue;
1105       // These values do not agree.  Insert a select instruction before NT
1106       // that determines the right value.
1107       SelectInst *&SI = InsertedSelects[std::make_pair(BB1V, BB2V)];
1108       if (!SI)
1109         SI = cast<SelectInst>
1110           (Builder.CreateSelect(BI->getCondition(), BB1V, BB2V,
1111                                 BB1V->getName()+"."+BB2V->getName()));
1113       // Make the PHI node use the select for all incoming values for BB1/BB2
1114       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1115         if (PN->getIncomingBlock(i) == BB1 || PN->getIncomingBlock(i) == BB2)
1116           PN->setIncomingValue(i, SI);
1117     }
1118   }
1120   // Update any PHI nodes in our new successors.
1121   for (succ_iterator SI = succ_begin(BB1), E = succ_end(BB1); SI != E; ++SI)
1122     AddPredecessorToBlock(*SI, BIParent, BB1);
1124   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1125   return true;
1128 /// SinkThenElseCodeToEnd - Given an unconditional branch that goes to BBEnd,
1129 /// check whether BBEnd has only two predecessors and the other predecessor
1130 /// ends with an unconditional branch. If it is true, sink any common code
1131 /// in the two predecessors to BBEnd.
1132 static bool SinkThenElseCodeToEnd(BranchInst *BI1) {
1133   assert(BI1->isUnconditional());
1134   BasicBlock *BB1 = BI1->getParent();
1135   BasicBlock *BBEnd = BI1->getSuccessor(0);
1137   // Check that BBEnd has two predecessors and the other predecessor ends with
1138   // an unconditional branch.
1139   pred_iterator PI = pred_begin(BBEnd), PE = pred_end(BBEnd);
1140   BasicBlock *Pred0 = *PI++;
1141   if (PI == PE) // Only one predecessor.
1142     return false;
1143   BasicBlock *Pred1 = *PI++;
1144   if (PI != PE) // More than two predecessors.
1145     return false;
1146   BasicBlock *BB2 = (Pred0 == BB1) ? Pred1 : Pred0;
1147   BranchInst *BI2 = dyn_cast<BranchInst>(BB2->getTerminator());
1148   if (!BI2 || !BI2->isUnconditional())
1149     return false;
1151   // Gather the PHI nodes in BBEnd.
1152   std::map<Value*, std::pair<Value*, PHINode*> > MapValueFromBB1ToBB2;
1153   Instruction *FirstNonPhiInBBEnd = nullptr;
1154   for (BasicBlock::iterator I = BBEnd->begin(), E = BBEnd->end();
1155        I != E; ++I) {
1156     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1157       Value *BB1V = PN->getIncomingValueForBlock(BB1);
1158       Value *BB2V = PN->getIncomingValueForBlock(BB2);
1159       MapValueFromBB1ToBB2[BB1V] = std::make_pair(BB2V, PN);
1160     } else {
1161       FirstNonPhiInBBEnd = &*I;
1162       break;
1163     }
1164   }
1165   if (!FirstNonPhiInBBEnd)
1166     return false;
1169   // This does very trivial matching, with limited scanning, to find identical
1170   // instructions in the two blocks.  We scan backward for obviously identical
1171   // instructions in an identical order.
1172   BasicBlock::InstListType::reverse_iterator RI1 = BB1->getInstList().rbegin(),
1173       RE1 = BB1->getInstList().rend(), RI2 = BB2->getInstList().rbegin(),
1174       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1175   // Skip debug info.
1176   while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1177   if (RI1 == RE1)
1178     return false;
1179   while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1180   if (RI2 == RE2)
1181     return false;
1182   // Skip the unconditional branches.
1183   ++RI1;
1184   ++RI2;
1186   bool Changed = false;
1187   while (RI1 != RE1 && RI2 != RE2) {
1188     // Skip debug info.
1189     while (RI1 != RE1 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI1)) ++RI1;
1190     if (RI1 == RE1)
1191       return Changed;
1192     while (RI2 != RE2 && isa<DbgInfoIntrinsic>(&*RI2)) ++RI2;
1193     if (RI2 == RE2)
1194       return Changed;
1196     Instruction *I1 = &*RI1, *I2 = &*RI2;
1197     // I1 and I2 should have a single use in the same PHI node, and they
1198     // perform the same operation.
1199     // Cannot move control-flow-involving, volatile loads, vaarg, etc.
1200     if (isa<PHINode>(I1) || isa<PHINode>(I2) ||
1201         isa<TerminatorInst>(I1) || isa<TerminatorInst>(I2) ||
1202         isa<LandingPadInst>(I1) || isa<LandingPadInst>(I2) ||
1203         isa<AllocaInst>(I1) || isa<AllocaInst>(I2) ||
1204         I1->mayHaveSideEffects() || I2->mayHaveSideEffects() ||
1205         I1->mayReadOrWriteMemory() || I2->mayReadOrWriteMemory() ||
1206         !I1->hasOneUse() || !I2->hasOneUse() ||
1207         MapValueFromBB1ToBB2.find(I1) == MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1208         MapValueFromBB1ToBB2[I1].first != I2)
1209       return Changed;
1211     // Check whether we should swap the operands of ICmpInst.
1212     ICmpInst *ICmp1 = dyn_cast<ICmpInst>(I1), *ICmp2 = dyn_cast<ICmpInst>(I2);
1213     bool SwapOpnds = false;
1214     if (ICmp1 && ICmp2 &&
1215         ICmp1->getOperand(0) != ICmp2->getOperand(0) &&
1216         ICmp1->getOperand(1) != ICmp2->getOperand(1) &&
1217         (ICmp1->getOperand(0) == ICmp2->getOperand(1) ||
1218          ICmp1->getOperand(1) == ICmp2->getOperand(0))) {
1219       ICmp2->swapOperands();
1220       SwapOpnds = true;
1221     }
1222     if (!I1->isSameOperationAs(I2)) {
1223       if (SwapOpnds)
1224         ICmp2->swapOperands();
1225       return Changed;
1226     }
1228     // The operands should be either the same or they need to be generated
1229     // with a PHI node after sinking. We only handle the case where there is
1230     // a single pair of different operands.
1231     Value *DifferentOp1 = nullptr, *DifferentOp2 = nullptr;
1232     unsigned Op1Idx = 0;
1233     for (unsigned I = 0, E = I1->getNumOperands(); I != E; ++I) {
1234       if (I1->getOperand(I) == I2->getOperand(I))
1235         continue;
1236       // Early exit if we have more-than one pair of different operands or
1237       // the different operand is already in MapValueFromBB1ToBB2.
1238       // Early exit if we need a PHI node to replace a constant.
1239       if (DifferentOp1 ||
1240           MapValueFromBB1ToBB2.find(I1->getOperand(I)) !=
1241           MapValueFromBB1ToBB2.end() ||
1242           isa<Constant>(I1->getOperand(I)) ||
1243           isa<Constant>(I2->getOperand(I))) {
1244         // If we can't sink the instructions, undo the swapping.
1245         if (SwapOpnds)
1246           ICmp2->swapOperands();
1247         return Changed;
1248       }
1249       DifferentOp1 = I1->getOperand(I);
1250       Op1Idx = I;
1251       DifferentOp2 = I2->getOperand(I);
1252     }
1254     // We insert the pair of different operands to MapValueFromBB1ToBB2 and
1255     // remove (I1, I2) from MapValueFromBB1ToBB2.
1256     if (DifferentOp1) {
1257       PHINode *NewPN = PHINode::Create(DifferentOp1->getType(), 2,
1258                                        DifferentOp1->getName() + ".sink",
1259                                        BBEnd->begin());
1260       MapValueFromBB1ToBB2[DifferentOp1] = std::make_pair(DifferentOp2, NewPN);
1261       // I1 should use NewPN instead of DifferentOp1.
1262       I1->setOperand(Op1Idx, NewPN);
1263       NewPN->addIncoming(DifferentOp1, BB1);
1264       NewPN->addIncoming(DifferentOp2, BB2);
1265       DEBUG(dbgs() << "Create PHI node " << *NewPN << "\n";);
1266     }
1267     PHINode *OldPN = MapValueFromBB1ToBB2[I1].second;
1268     MapValueFromBB1ToBB2.erase(I1);
1270     DEBUG(dbgs() << "SINK common instructions " << *I1 << "\n";);
1271     DEBUG(dbgs() << "                         " << *I2 << "\n";);
1272     // We need to update RE1 and RE2 if we are going to sink the first
1273     // instruction in the basic block down.
1274     bool UpdateRE1 = (I1 == BB1->begin()), UpdateRE2 = (I2 == BB2->begin());
1275     // Sink the instruction.
1276     BBEnd->getInstList().splice(FirstNonPhiInBBEnd, BB1->getInstList(), I1);
1277     if (!OldPN->use_empty())
1278       OldPN->replaceAllUsesWith(I1);
1279     OldPN->eraseFromParent();
1281     if (!I2->use_empty())
1282       I2->replaceAllUsesWith(I1);
1283     I1->intersectOptionalDataWith(I2);
1284     I2->eraseFromParent();
1286     if (UpdateRE1)
1287       RE1 = BB1->getInstList().rend();
1288     if (UpdateRE2)
1289       RE2 = BB2->getInstList().rend();
1290     FirstNonPhiInBBEnd = I1;
1291     NumSinkCommons++;
1292     Changed = true;
1293   }
1294   return Changed;
1297 /// \brief Determine if we can hoist sink a sole store instruction out of a
1298 /// conditional block.
1299 ///
1300 /// We are looking for code like the following:
1301 ///   BrBB:
1302 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1303 ///     ... // No other stores or function calls (we could be calling a memory
1304 ///     ... // function).
1305 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1306 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1307 ///   ThenBB:
1308 ///     store i32 %add5, i32* %arrayidx2
1309 ///     br label EndBB
1310 ///   EndBB:
1311 ///     ...
1312 ///   We are going to transform this into:
1313 ///   BrBB:
1314 ///     store i32 %add, i32* %arrayidx2
1315 ///     ... //
1316 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1317 ///     %add.add5 = select i1 %cmp, i32 %add, %add5
1318 ///     store i32 %add.add5, i32* %arrayidx2
1319 ///     ...
1320 ///
1321 /// \return The pointer to the value of the previous store if the store can be
1322 ///         hoisted into the predecessor block. 0 otherwise.
1323 static Value *isSafeToSpeculateStore(Instruction *I, BasicBlock *BrBB,
1324                                      BasicBlock *StoreBB, BasicBlock *EndBB) {
1325   StoreInst *StoreToHoist = dyn_cast<StoreInst>(I);
1326   if (!StoreToHoist)
1327     return nullptr;
1329   // Volatile or atomic.
1330   if (!StoreToHoist->isSimple())
1331     return nullptr;
1333   Value *StorePtr = StoreToHoist->getPointerOperand();
1335   // Look for a store to the same pointer in BrBB.
1336   unsigned MaxNumInstToLookAt = 10;
1337   for (BasicBlock::reverse_iterator RI = BrBB->rbegin(),
1338        RE = BrBB->rend(); RI != RE && (--MaxNumInstToLookAt); ++RI) {
1339     Instruction *CurI = &*RI;
1341     // Could be calling an instruction that effects memory like free().
1342     if (CurI->mayHaveSideEffects() && !isa<StoreInst>(CurI))
1343       return nullptr;
1345     StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurI);
1346     // Found the previous store make sure it stores to the same location.
1347     if (SI && SI->getPointerOperand() == StorePtr)
1348       // Found the previous store, return its value operand.
1349       return SI->getValueOperand();
1350     else if (SI)
1351       return nullptr; // Unknown store.
1352   }
1354   return nullptr;
1357 /// \brief Speculate a conditional basic block flattening the CFG.
1358 ///
1359 /// Note that this is a very risky transform currently. Speculating
1360 /// instructions like this is most often not desirable. Instead, there is an MI
1361 /// pass which can do it with full awareness of the resource constraints.
1362 /// However, some cases are "obvious" and we should do directly. An example of
1363 /// this is speculating a single, reasonably cheap instruction.
1364 ///
1365 /// There is only one distinct advantage to flattening the CFG at the IR level:
1366 /// it makes very common but simplistic optimizations such as are common in
1367 /// instcombine and the DAG combiner more powerful by removing CFG edges and
1368 /// modeling their effects with easier to reason about SSA value graphs.
1369 ///
1370 ///
1371 /// An illustration of this transform is turning this IR:
1372 /// \code
1373 ///   BB:
1374 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1375 ///     br i1 %cmp, label %EndBB, label %ThenBB
1376 ///   ThenBB:
1377 ///     %sub = sub %x, %y
1378 ///     br label BB2
1379 ///   EndBB:
1380 ///     %phi = phi [ %sub, %ThenBB ], [ 0, %EndBB ]
1381 ///     ...
1382 /// \endcode
1383 ///
1384 /// Into this IR:
1385 /// \code
1386 ///   BB:
1387 ///     %cmp = icmp ult %x, %y
1388 ///     %sub = sub %x, %y
1389 ///     %cond = select i1 %cmp, 0, %sub
1390 ///     ...
1391 /// \endcode
1392 ///
1393 /// \returns true if the conditional block is removed.
1394 static bool SpeculativelyExecuteBB(BranchInst *BI, BasicBlock *ThenBB,
1395                                    const DataLayout *DL) {
1396   // Be conservative for now. FP select instruction can often be expensive.
1397   Value *BrCond = BI->getCondition();
1398   if (isa<FCmpInst>(BrCond))
1399     return false;
1401   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1402   BasicBlock *EndBB = ThenBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1404   // If ThenBB is actually on the false edge of the conditional branch, remember
1405   // to swap the select operands later.
1406   bool Invert = false;
1407   if (ThenBB != BI->getSuccessor(0)) {
1408     assert(ThenBB == BI->getSuccessor(1) && "No edge from 'if' block?");
1409     Invert = true;
1410   }
1411   assert(EndBB == BI->getSuccessor(!Invert) && "No edge from to end block");
1413   // Keep a count of how many times instructions are used within CondBB when
1414   // they are candidates for sinking into CondBB. Specifically:
1415   // - They are defined in BB, and
1416   // - They have no side effects, and
1417   // - All of their uses are in CondBB.
1418   SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4> SinkCandidateUseCounts;
1420   unsigned SpeculationCost = 0;
1421   Value *SpeculatedStoreValue = nullptr;
1422   StoreInst *SpeculatedStore = nullptr;
1423   for (BasicBlock::iterator BBI = ThenBB->begin(),
1424                             BBE = std::prev(ThenBB->end());
1425        BBI != BBE; ++BBI) {
1426     Instruction *I = BBI;
1427     // Skip debug info.
1428     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1429       continue;
1431     // Only speculatively execution a single instruction (not counting the
1432     // terminator) for now.
1433     ++SpeculationCost;
1434     if (SpeculationCost > 1)
1435       return false;
1437     // Don't hoist the instruction if it's unsafe or expensive.
1438     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(I, DL) &&
1439         !(HoistCondStores &&
1440           (SpeculatedStoreValue = isSafeToSpeculateStore(I, BB, ThenBB,
1441                                                          EndBB))))
1442       return false;
1443     if (!SpeculatedStoreValue &&
1444         ComputeSpeculationCost(I, DL) > PHINodeFoldingThreshold)
1445       return false;
1447     // Store the store speculation candidate.
1448     if (SpeculatedStoreValue)
1449       SpeculatedStore = cast<StoreInst>(I);
1451     // Do not hoist the instruction if any of its operands are defined but not
1452     // used in BB. The transformation will prevent the operand from
1453     // being sunk into the use block.
1454     for (User::op_iterator i = I->op_begin(), e = I->op_end();
1455          i != e; ++i) {
1456       Instruction *OpI = dyn_cast<Instruction>(*i);
1457       if (!OpI || OpI->getParent() != BB ||
1458           OpI->mayHaveSideEffects())
1459         continue; // Not a candidate for sinking.
1461       ++SinkCandidateUseCounts[OpI];
1462     }
1463   }
1465   // Consider any sink candidates which are only used in CondBB as costs for
1466   // speculation. Note, while we iterate over a DenseMap here, we are summing
1467   // and so iteration order isn't significant.
1468   for (SmallDenseMap<Instruction *, unsigned, 4>::iterator I =
1469            SinkCandidateUseCounts.begin(), E = SinkCandidateUseCounts.end();
1470        I != E; ++I)
1471     if (I->first->getNumUses() == I->second) {
1472       ++SpeculationCost;
1473       if (SpeculationCost > 1)
1474         return false;
1475     }
1477   // Check that the PHI nodes can be converted to selects.
1478   bool HaveRewritablePHIs = false;
1479   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1480        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1481     Value *OrigV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
1482     Value *ThenV = PN->getIncomingValueForBlock(ThenBB);
1484     // FIXME: Try to remove some of the duplication with HoistThenElseCodeToIf.
1485     // Skip PHIs which are trivial.
1486     if (ThenV == OrigV)
1487       continue;
1489     HaveRewritablePHIs = true;
1490     ConstantExpr *OrigCE = dyn_cast<ConstantExpr>(OrigV);
1491     ConstantExpr *ThenCE = dyn_cast<ConstantExpr>(ThenV);
1492     if (!OrigCE && !ThenCE)
1493       continue; // Known safe and cheap.
1495     if ((ThenCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(ThenCE, DL)) ||
1496         (OrigCE && !isSafeToSpeculativelyExecute(OrigCE, DL)))
1497       return false;
1498     unsigned OrigCost = OrigCE ? ComputeSpeculationCost(OrigCE, DL) : 0;
1499     unsigned ThenCost = ThenCE ? ComputeSpeculationCost(ThenCE, DL) : 0;
1500     if (OrigCost + ThenCost > 2 * PHINodeFoldingThreshold)
1501       return false;
1503     // Account for the cost of an unfolded ConstantExpr which could end up
1504     // getting expanded into Instructions.
1505     // FIXME: This doesn't account for how many operations are combined in the
1506     // constant expression.
1507     ++SpeculationCost;
1508     if (SpeculationCost > 1)
1509       return false;
1510   }
1512   // If there are no PHIs to process, bail early. This helps ensure idempotence
1513   // as well.
1514   if (!HaveRewritablePHIs && !(HoistCondStores && SpeculatedStoreValue))
1515     return false;
1517   // If we get here, we can hoist the instruction and if-convert.
1518   DEBUG(dbgs() << "SPECULATIVELY EXECUTING BB" << *ThenBB << "\n";);
1520   // Insert a select of the value of the speculated store.
1521   if (SpeculatedStoreValue) {
1522     IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1523     Value *TrueV = SpeculatedStore->getValueOperand();
1524     Value *FalseV = SpeculatedStoreValue;
1525     if (Invert)
1526       std::swap(TrueV, FalseV);
1527     Value *S = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV, TrueV->getName() +
1528                                     "." + FalseV->getName());
1529     SpeculatedStore->setOperand(0, S);
1530   }
1532   // Hoist the instructions.
1533   BB->getInstList().splice(BI, ThenBB->getInstList(), ThenBB->begin(),
1534                            std::prev(ThenBB->end()));
1536   // Insert selects and rewrite the PHI operands.
1537   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(BI);
1538   for (BasicBlock::iterator I = EndBB->begin();
1539        PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I); ++I) {
1540     unsigned OrigI = PN->getBasicBlockIndex(BB);
1541     unsigned ThenI = PN->getBasicBlockIndex(ThenBB);
1542     Value *OrigV = PN->getIncomingValue(OrigI);
1543     Value *ThenV = PN->getIncomingValue(ThenI);
1545     // Skip PHIs which are trivial.
1546     if (OrigV == ThenV)
1547       continue;
1549     // Create a select whose true value is the speculatively executed value and
1550     // false value is the preexisting value. Swap them if the branch
1551     // destinations were inverted.
1552     Value *TrueV = ThenV, *FalseV = OrigV;
1553     if (Invert)
1554       std::swap(TrueV, FalseV);
1555     Value *V = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueV, FalseV,
1556                                     TrueV->getName() + "." + FalseV->getName());
1557     PN->setIncomingValue(OrigI, V);
1558     PN->setIncomingValue(ThenI, V);
1559   }
1561   ++NumSpeculations;
1562   return true;
1565 /// \returns True if this block contains a CallInst with the NoDuplicate
1566 /// attribute.
1567 static bool HasNoDuplicateCall(const BasicBlock *BB) {
1568   for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I) {
1569     const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1570     if (!CI)
1571       continue;
1572     if (CI->cannotDuplicate())
1573       return true;
1574   }
1575   return false;
1578 /// BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough - Return true if we can thread a branch
1579 /// across this block.
1580 static bool BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BasicBlock *BB) {
1581   BranchInst *BI = cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
1582   unsigned Size = 0;
1584   for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1585     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
1586       continue;
1587     if (Size > 10) return false;  // Don't clone large BB's.
1588     ++Size;
1590     // We can only support instructions that do not define values that are
1591     // live outside of the current basic block.
1592     for (User *U : BBI->users()) {
1593       Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1594       if (UI->getParent() != BB || isa<PHINode>(UI)) return false;
1595     }
1597     // Looks ok, continue checking.
1598   }
1600   return true;
1603 /// FoldCondBranchOnPHI - If we have a conditional branch on a PHI node value
1604 /// that is defined in the same block as the branch and if any PHI entries are
1605 /// constants, thread edges corresponding to that entry to be branches to their
1606 /// ultimate destination.
1607 static bool FoldCondBranchOnPHI(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1608   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1609   PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition());
1610   // NOTE: we currently cannot transform this case if the PHI node is used
1611   // outside of the block.
1612   if (!PN || PN->getParent() != BB || !PN->hasOneUse())
1613     return false;
1615   // Degenerate case of a single entry PHI.
1616   if (PN->getNumIncomingValues() == 1) {
1617     FoldSingleEntryPHINodes(PN->getParent());
1618     return true;
1619   }
1621   // Now we know that this block has multiple preds and two succs.
1622   if (!BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) return false;
1624   if (HasNoDuplicateCall(BB)) return false;
1626   // Okay, this is a simple enough basic block.  See if any phi values are
1627   // constants.
1628   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1629     ConstantInt *CB = dyn_cast<ConstantInt>(PN->getIncomingValue(i));
1630     if (!CB || !CB->getType()->isIntegerTy(1)) continue;
1632     // Okay, we now know that all edges from PredBB should be revectored to
1633     // branch to RealDest.
1634     BasicBlock *PredBB = PN->getIncomingBlock(i);
1635     BasicBlock *RealDest = BI->getSuccessor(!CB->getZExtValue());
1637     if (RealDest == BB) continue;  // Skip self loops.
1638     // Skip if the predecessor's terminator is an indirect branch.
1639     if (isa<IndirectBrInst>(PredBB->getTerminator())) continue;
1641     // The dest block might have PHI nodes, other predecessors and other
1642     // difficult cases.  Instead of being smart about this, just insert a new
1643     // block that jumps to the destination block, effectively splitting
1644     // the edge we are about to create.
1645     BasicBlock *EdgeBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
1646                                             RealDest->getName()+".critedge",
1647                                             RealDest->getParent(), RealDest);
1648     BranchInst::Create(RealDest, EdgeBB);
1650     // Update PHI nodes.
1651     AddPredecessorToBlock(RealDest, EdgeBB, BB);
1653     // BB may have instructions that are being threaded over.  Clone these
1654     // instructions into EdgeBB.  We know that there will be no uses of the
1655     // cloned instructions outside of EdgeBB.
1656     BasicBlock::iterator InsertPt = EdgeBB->begin();
1657     DenseMap<Value*, Value*> TranslateMap;  // Track translated values.
1658     for (BasicBlock::iterator BBI = BB->begin(); &*BBI != BI; ++BBI) {
1659       if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BBI)) {
1660         TranslateMap[PN] = PN->getIncomingValueForBlock(PredBB);
1661         continue;
1662       }
1663       // Clone the instruction.
1664       Instruction *N = BBI->clone();
1665       if (BBI->hasName()) N->setName(BBI->getName()+".c");
1667       // Update operands due to translation.
1668       for (User::op_iterator i = N->op_begin(), e = N->op_end();
1669            i != e; ++i) {
1670         DenseMap<Value*, Value*>::iterator PI = TranslateMap.find(*i);
1671         if (PI != TranslateMap.end())
1672           *i = PI->second;
1673       }
1675       // Check for trivial simplification.
1676       if (Value *V = SimplifyInstruction(N, DL)) {
1677         TranslateMap[BBI] = V;
1678         delete N;   // Instruction folded away, don't need actual inst
1679       } else {
1680         // Insert the new instruction into its new home.
1681         EdgeBB->getInstList().insert(InsertPt, N);
1682         if (!BBI->use_empty())
1683           TranslateMap[BBI] = N;
1684       }
1685     }
1687     // Loop over all of the edges from PredBB to BB, changing them to branch
1688     // to EdgeBB instead.
1689     TerminatorInst *PredBBTI = PredBB->getTerminator();
1690     for (unsigned i = 0, e = PredBBTI->getNumSuccessors(); i != e; ++i)
1691       if (PredBBTI->getSuccessor(i) == BB) {
1692         BB->removePredecessor(PredBB);
1693         PredBBTI->setSuccessor(i, EdgeBB);
1694       }
1696     // Recurse, simplifying any other constants.
1697     return FoldCondBranchOnPHI(BI, DL) | true;
1698   }
1700   return false;
1703 /// FoldTwoEntryPHINode - Given a BB that starts with the specified two-entry
1704 /// PHI node, see if we can eliminate it.
1705 static bool FoldTwoEntryPHINode(PHINode *PN, const DataLayout *DL) {
1706   // Ok, this is a two entry PHI node.  Check to see if this is a simple "if
1707   // statement", which has a very simple dominance structure.  Basically, we
1708   // are trying to find the condition that is being branched on, which
1709   // subsequently causes this merge to happen.  We really want control
1710   // dependence information for this check, but simplifycfg can't keep it up
1711   // to date, and this catches most of the cases we care about anyway.
1712   BasicBlock *BB = PN->getParent();
1713   BasicBlock *IfTrue, *IfFalse;
1714   Value *IfCond = GetIfCondition(BB, IfTrue, IfFalse);
1715   if (!IfCond ||
1716       // Don't bother if the branch will be constant folded trivially.
1717       isa<ConstantInt>(IfCond))
1718     return false;
1720   // Okay, we found that we can merge this two-entry phi node into a select.
1721   // Doing so would require us to fold *all* two entry phi nodes in this block.
1722   // At some point this becomes non-profitable (particularly if the target
1723   // doesn't support cmov's).  Only do this transformation if there are two or
1724   // fewer PHI nodes in this block.
1725   unsigned NumPhis = 0;
1726   for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(); isa<PHINode>(I); ++NumPhis, ++I)
1727     if (NumPhis > 2)
1728       return false;
1730   // Loop over the PHI's seeing if we can promote them all to select
1731   // instructions.  While we are at it, keep track of the instructions
1732   // that need to be moved to the dominating block.
1733   SmallPtrSet<Instruction*, 4> AggressiveInsts;
1734   unsigned MaxCostVal0 = PHINodeFoldingThreshold,
1735            MaxCostVal1 = PHINodeFoldingThreshold;
1737   for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(); isa<PHINode>(II);) {
1738     PHINode *PN = cast<PHINode>(II++);
1739     if (Value *V = SimplifyInstruction(PN, DL)) {
1740       PN->replaceAllUsesWith(V);
1741       PN->eraseFromParent();
1742       continue;
1743     }
1745     if (!DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(0), BB, &AggressiveInsts,
1746                              MaxCostVal0, DL) ||
1747         !DominatesMergePoint(PN->getIncomingValue(1), BB, &AggressiveInsts,
1748                              MaxCostVal1, DL))
1749       return false;
1750   }
1752   // If we folded the first phi, PN dangles at this point.  Refresh it.  If
1753   // we ran out of PHIs then we simplified them all.
1754   PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin());
1755   if (!PN) return true;
1757   // Don't fold i1 branches on PHIs which contain binary operators.  These can
1758   // often be turned into switches and other things.
1759   if (PN->getType()->isIntegerTy(1) &&
1760       (isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(0)) ||
1761        isa<BinaryOperator>(PN->getIncomingValue(1)) ||
1762        isa<BinaryOperator>(IfCond)))
1763     return false;
1765   // If we all PHI nodes are promotable, check to make sure that all
1766   // instructions in the predecessor blocks can be promoted as well.  If
1767   // not, we won't be able to get rid of the control flow, so it's not
1768   // worth promoting to select instructions.
1769   BasicBlock *DomBlock = nullptr;
1770   BasicBlock *IfBlock1 = PN->getIncomingBlock(0);
1771   BasicBlock *IfBlock2 = PN->getIncomingBlock(1);
1772   if (cast<BranchInst>(IfBlock1->getTerminator())->isConditional()) {
1773     IfBlock1 = nullptr;
1774   } else {
1775     DomBlock = *pred_begin(IfBlock1);
1776     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock1->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1777       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1778         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1779         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1780         // flow, so the xform is not worth it.
1781         return false;
1782       }
1783   }
1785   if (cast<BranchInst>(IfBlock2->getTerminator())->isConditional()) {
1786     IfBlock2 = nullptr;
1787   } else {
1788     DomBlock = *pred_begin(IfBlock2);
1789     for (BasicBlock::iterator I = IfBlock2->begin();!isa<TerminatorInst>(I);++I)
1790       if (!AggressiveInsts.count(I) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
1791         // This is not an aggressive instruction that we can promote.
1792         // Because of this, we won't be able to get rid of the control
1793         // flow, so the xform is not worth it.
1794         return false;
1795       }
1796   }
1798   DEBUG(dbgs() << "FOUND IF CONDITION!  " << *IfCond << "  T: "
1799                << IfTrue->getName() << "  F: " << IfFalse->getName() << "\n");
1801   // If we can still promote the PHI nodes after this gauntlet of tests,
1802   // do all of the PHI's now.
1803   Instruction *InsertPt = DomBlock->getTerminator();
1804   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(InsertPt);
1806   // Move all 'aggressive' instructions, which are defined in the
1807   // conditional parts of the if's up to the dominating block.
1808   if (IfBlock1)
1809     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1810                                    IfBlock1->getInstList(), IfBlock1->begin(),
1811                                    IfBlock1->getTerminator());
1812   if (IfBlock2)
1813     DomBlock->getInstList().splice(InsertPt,
1814                                    IfBlock2->getInstList(), IfBlock2->begin(),
1815                                    IfBlock2->getTerminator());
1817   while (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin())) {
1818     // Change the PHI node into a select instruction.
1819     Value *TrueVal  = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfFalse);
1820     Value *FalseVal = PN->getIncomingValue(PN->getIncomingBlock(0) == IfTrue);
1822     SelectInst *NV =
1823       cast<SelectInst>(Builder.CreateSelect(IfCond, TrueVal, FalseVal, ""));
1824     PN->replaceAllUsesWith(NV);
1825     NV->takeName(PN);
1826     PN->eraseFromParent();
1827   }
1829   // At this point, IfBlock1 and IfBlock2 are both empty, so our if statement
1830   // has been flattened.  Change DomBlock to jump directly to our new block to
1831   // avoid other simplifycfg's kicking in on the diamond.
1832   TerminatorInst *OldTI = DomBlock->getTerminator();
1833   Builder.SetInsertPoint(OldTI);
1834   Builder.CreateBr(BB);
1835   OldTI->eraseFromParent();
1836   return true;
1839 /// SimplifyCondBranchToTwoReturns - If we found a conditional branch that goes
1840 /// to two returning blocks, try to merge them together into one return,
1841 /// introducing a select if the return values disagree.
1842 static bool SimplifyCondBranchToTwoReturns(BranchInst *BI,
1843                                            IRBuilder<> &Builder) {
1844   assert(BI->isConditional() && "Must be a conditional branch");
1845   BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1846   BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1847   ReturnInst *TrueRet = cast<ReturnInst>(TrueSucc->getTerminator());
1848   ReturnInst *FalseRet = cast<ReturnInst>(FalseSucc->getTerminator());
1850   // Check to ensure both blocks are empty (just a return) or optionally empty
1851   // with PHI nodes.  If there are other instructions, merging would cause extra
1852   // computation on one path or the other.
1853   if (!TrueSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1854     return false;
1855   if (!FalseSucc->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator())
1856     return false;
1858   Builder.SetInsertPoint(BI);
1859   // Okay, we found a branch that is going to two return nodes.  If
1860   // there is no return value for this function, just change the
1861   // branch into a return.
1862   if (FalseRet->getNumOperands() == 0) {
1863     TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1864     FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1865     Builder.CreateRetVoid();
1866     EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1867     return true;
1868   }
1870   // Otherwise, figure out what the true and false return values are
1871   // so we can insert a new select instruction.
1872   Value *TrueValue = TrueRet->getReturnValue();
1873   Value *FalseValue = FalseRet->getReturnValue();
1875   // Unwrap any PHI nodes in the return blocks.
1876   if (PHINode *TVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(TrueValue))
1877     if (TVPN->getParent() == TrueSucc)
1878       TrueValue = TVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1879   if (PHINode *FVPN = dyn_cast_or_null<PHINode>(FalseValue))
1880     if (FVPN->getParent() == FalseSucc)
1881       FalseValue = FVPN->getIncomingValueForBlock(BI->getParent());
1883   // In order for this transformation to be safe, we must be able to
1884   // unconditionally execute both operands to the return.  This is
1885   // normally the case, but we could have a potentially-trapping
1886   // constant expression that prevents this transformation from being
1887   // safe.
1888   if (ConstantExpr *TCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(TrueValue))
1889     if (TCV->canTrap())
1890       return false;
1891   if (ConstantExpr *FCV = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(FalseValue))
1892     if (FCV->canTrap())
1893       return false;
1895   // Okay, we collected all the mapped values and checked them for sanity, and
1896   // defined to really do this transformation.  First, update the CFG.
1897   TrueSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1898   FalseSucc->removePredecessor(BI->getParent());
1900   // Insert select instructions where needed.
1901   Value *BrCond = BI->getCondition();
1902   if (TrueValue) {
1903     // Insert a select if the results differ.
1904     if (TrueValue == FalseValue || isa<UndefValue>(FalseValue)) {
1905     } else if (isa<UndefValue>(TrueValue)) {
1906       TrueValue = FalseValue;
1907     } else {
1908       TrueValue = Builder.CreateSelect(BrCond, TrueValue,
1909                                        FalseValue, "retval");
1910     }
1911   }
1913   Value *RI = !TrueValue ?
1914     Builder.CreateRetVoid() : Builder.CreateRet(TrueValue);
1916   (void) RI;
1918   DEBUG(dbgs() << "\nCHANGING BRANCH TO TWO RETURNS INTO SELECT:"
1919                << "\n  " << *BI << "NewRet = " << *RI
1920                << "TRUEBLOCK: " << *TrueSucc << "FALSEBLOCK: "<< *FalseSucc);
1922   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
1924   return true;
1927 /// ExtractBranchMetadata - Given a conditional BranchInstruction, retrieve the
1928 /// probabilities of the branch taking each edge. Fills in the two APInt
1929 /// parameters and return true, or returns false if no or invalid metadata was
1930 /// found.
1931 static bool ExtractBranchMetadata(BranchInst *BI,
1932                                   uint64_t &ProbTrue, uint64_t &ProbFalse) {
1933   assert(BI->isConditional() &&
1934          "Looking for probabilities on unconditional branch?");
1935   MDNode *ProfileData = BI->getMetadata(LLVMContext::MD_prof);
1936   if (!ProfileData || ProfileData->getNumOperands() != 3) return false;
1937   ConstantInt *CITrue = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(1));
1938   ConstantInt *CIFalse = dyn_cast<ConstantInt>(ProfileData->getOperand(2));
1939   if (!CITrue || !CIFalse) return false;
1940   ProbTrue = CITrue->getValue().getZExtValue();
1941   ProbFalse = CIFalse->getValue().getZExtValue();
1942   return true;
1945 /// checkCSEInPredecessor - Return true if the given instruction is available
1946 /// in its predecessor block. If yes, the instruction will be removed.
1947 ///
1948 static bool checkCSEInPredecessor(Instruction *Inst, BasicBlock *PB) {
1949   if (!isa<BinaryOperator>(Inst) && !isa<CmpInst>(Inst))
1950     return false;
1951   for (BasicBlock::iterator I = PB->begin(), E = PB->end(); I != E; I++) {
1952     Instruction *PBI = &*I;
1953     // Check whether Inst and PBI generate the same value.
1954     if (Inst->isIdenticalTo(PBI)) {
1955       Inst->replaceAllUsesWith(PBI);
1956       Inst->eraseFromParent();
1957       return true;
1958     }
1959   }
1960   return false;
1963 /// FoldBranchToCommonDest - If this basic block is simple enough, and if a
1964 /// predecessor branches to us and one of our successors, fold the block into
1965 /// the predecessor and use logical operations to pick the right destination.
1966 bool llvm::FoldBranchToCommonDest(BranchInst *BI, const DataLayout *DL) {
1967   BasicBlock *BB = BI->getParent();
1969   Instruction *Cond = nullptr;
1970   if (BI->isConditional())
1971     Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
1972   else {
1973     // For unconditional branch, check for a simple CFG pattern, where
1974     // BB has a single predecessor and BB's successor is also its predecessor's
1975     // successor. If such pattern exisits, check for CSE between BB and its
1976     // predecessor.
1977     if (BasicBlock *PB = BB->getSinglePredecessor())
1978       if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PB->getTerminator()))
1979         if (PBI->isConditional() &&
1980             (BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(0) ||
1981              BI->getSuccessor(0) == PBI->getSuccessor(1))) {
1982           for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end();
1983                I != E; ) {
1984             Instruction *Curr = I++;
1985             if (isa<CmpInst>(Curr)) {
1986               Cond = Curr;
1987               break;
1988             }
1989             // Quit if we can't remove this instruction.
1990             if (!checkCSEInPredecessor(Curr, PB))
1991               return false;
1992           }
1993         }
1995     if (!Cond)
1996       return false;
1997   }
1999   if (!Cond || (!isa<CmpInst>(Cond) && !isa<BinaryOperator>(Cond)) ||
2000       Cond->getParent() != BB || !Cond->hasOneUse())
2001   return false;
2003   // Only allow this if the condition is a simple instruction that can be
2004   // executed unconditionally.  It must be in the same block as the branch, and
2005   // must be at the front of the block.
2006   BasicBlock::iterator FrontIt = BB->front();
2008   // Ignore dbg intrinsics.
2009   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2011   // Allow a single instruction to be hoisted in addition to the compare
2012   // that feeds the branch.  We later ensure that any values that _it_ uses
2013   // were also live in the predecessor, so that we don't unnecessarily create
2014   // register pressure or inhibit out-of-order execution.
2015   Instruction *BonusInst = nullptr;
2016   if (&*FrontIt != Cond &&
2017       FrontIt->hasOneUse() && FrontIt->user_back() == Cond &&
2018       isSafeToSpeculativelyExecute(FrontIt, DL)) {
2019     BonusInst = &*FrontIt;
2020     ++FrontIt;
2022     // Ignore dbg intrinsics.
2023     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(FrontIt)) ++FrontIt;
2024   }
2026   // Only a single bonus inst is allowed.
2027   if (&*FrontIt != Cond)
2028     return false;
2030   // Make sure the instruction after the condition is the cond branch.
2031   BasicBlock::iterator CondIt = Cond; ++CondIt;
2033   // Ignore dbg intrinsics.
2034   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(CondIt)) ++CondIt;
2036   if (&*CondIt != BI)
2037     return false;
2039   // Cond is known to be a compare or binary operator.  Check to make sure that
2040   // neither operand is a potentially-trapping constant expression.
2041   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(0)))
2042     if (CE->canTrap())
2043       return false;
2044   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Cond->getOperand(1)))
2045     if (CE->canTrap())
2046       return false;
2048   // Finally, don't infinitely unroll conditional loops.
2049   BasicBlock *TrueDest  = BI->getSuccessor(0);
2050   BasicBlock *FalseDest = (BI->isConditional()) ? BI->getSuccessor(1) : nullptr;
2051   if (TrueDest == BB || FalseDest == BB)
2052     return false;
2054   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2055     BasicBlock *PredBlock = *PI;
2056     BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>(PredBlock->getTerminator());
2058     // Check that we have two conditional branches.  If there is a PHI node in
2059     // the common successor, verify that the same value flows in from both
2060     // blocks.
2061     SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
2062     if (!PBI || PBI->isUnconditional() ||
2063         (BI->isConditional() &&
2064          !SafeToMergeTerminators(BI, PBI)) ||
2065         (!BI->isConditional() &&
2066          !isProfitableToFoldUnconditional(BI, PBI, Cond, PHIs)))
2067       continue;
2069     // Determine if the two branches share a common destination.
2070     Instruction::BinaryOps Opc = Instruction::BinaryOpsEnd;
2071     bool InvertPredCond = false;
2073     if (BI->isConditional()) {
2074       if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest)
2075         Opc = Instruction::Or;
2076       else if (PBI->getSuccessor(1) == FalseDest)
2077         Opc = Instruction::And;
2078       else if (PBI->getSuccessor(0) == FalseDest)
2079         Opc = Instruction::And, InvertPredCond = true;
2080       else if (PBI->getSuccessor(1) == TrueDest)
2081         Opc = Instruction::Or, InvertPredCond = true;
2082       else
2083         continue;
2084     } else {
2085       if (PBI->getSuccessor(0) != TrueDest && PBI->getSuccessor(1) != TrueDest)
2086         continue;
2087     }
2089     // Ensure that any values used in the bonus instruction are also used
2090     // by the terminator of the predecessor.  This means that those values
2091     // must already have been resolved, so we won't be inhibiting the
2092     // out-of-order core by speculating them earlier. We also allow
2093     // instructions that are used by the terminator's condition because it
2094     // exposes more merging opportunities.
2095     bool UsedByBranch = (BonusInst && BonusInst->hasOneUse() &&
2096                          BonusInst->user_back() == Cond);
2098     if (BonusInst && !UsedByBranch) {
2099       // Collect the values used by the bonus inst
2100       SmallPtrSet<Value*, 4> UsedValues;
2101       for (Instruction::op_iterator OI = BonusInst->op_begin(),
2102            OE = BonusInst->op_end(); OI != OE; ++OI) {
2103         Value *V = *OI;
2104         if (!isa<Constant>(V) && !isa<Argument>(V))
2105           UsedValues.insert(V);
2106       }
2108       SmallVector<std::pair<Value*, unsigned>, 4> Worklist;
2109       Worklist.push_back(std::make_pair(PBI->getOperand(0), 0));
2111       // Walk up to four levels back up the use-def chain of the predecessor's
2112       // terminator to see if all those values were used.  The choice of four
2113       // levels is arbitrary, to provide a compile-time-cost bound.
2114       while (!Worklist.empty()) {
2115         std::pair<Value*, unsigned> Pair = Worklist.back();
2116         Worklist.pop_back();
2118         if (Pair.second >= 4) continue;
2119         UsedValues.erase(Pair.first);
2120         if (UsedValues.empty()) break;
2122         if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(Pair.first)) {
2123           for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
2124                OI != OE; ++OI)
2125             Worklist.push_back(std::make_pair(OI->get(), Pair.second+1));
2126         }
2127       }
2129       if (!UsedValues.empty()) return false;
2130     }
2132     DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRANCH TO COMMON DEST:\n" << *PBI << *BB);
2133     IRBuilder<> Builder(PBI);
2135     // If we need to invert the condition in the pred block to match, do so now.
2136     if (InvertPredCond) {
2137       Value *NewCond = PBI->getCondition();
2139       if (NewCond->hasOneUse() && isa<CmpInst>(NewCond)) {
2140         CmpInst *CI = cast<CmpInst>(NewCond);
2141         CI->setPredicate(CI->getInversePredicate());
2142       } else {
2143         NewCond = Builder.CreateNot(NewCond,
2144                                     PBI->getCondition()->getName()+".not");
2145       }
2147       PBI->setCondition(NewCond);
2148       PBI->swapSuccessors();
2149     }
2151     // If we have a bonus inst, clone it into the predecessor block.
2152     Instruction *NewBonus = nullptr;
2153     if (BonusInst) {
2154       NewBonus = BonusInst->clone();
2156       // If we moved a load, we cannot any longer claim any knowledge about
2157       // its potential value. The previous information might have been valid
2158       // only given the branch precondition.
2159       // For an analogous reason, we must also drop all the metadata whose
2160       // semantics we don't understand.
2161       NewBonus->dropUnknownMetadata(LLVMContext::MD_dbg);
2163       PredBlock->getInstList().insert(PBI, NewBonus);
2164       NewBonus->takeName(BonusInst);
2165       BonusInst->setName(BonusInst->getName()+".old");
2166     }
2168     // Clone Cond into the predecessor basic block, and or/and the
2169     // two conditions together.
2170     Instruction *New = Cond->clone();
2171     if (BonusInst) New->replaceUsesOfWith(BonusInst, NewBonus);
2172     PredBlock->getInstList().insert(PBI, New);
2173     New->takeName(Cond);
2174     Cond->setName(New->getName()+".old");
2176     if (BI->isConditional()) {
2177       Instruction *NewCond =
2178         cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Opc, PBI->getCondition(),
2179                                             New, "or.cond"));
2180       PBI->setCondition(NewCond);
2182       uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2183       bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2184                                                   PredFalseWeight);
2185       bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2186                                                   SuccFalseWeight);
2187       SmallVector<uint64_t, 8> NewWeights;
2189       if (PBI->getSuccessor(0) == BB) {
2190         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2191           // PBI: br i1 %x, BB, FalseDest
2192           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2193           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2194           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * SuccTrueWeight);
2195           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2196           //               TrueWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2197           // We assume that total weights of a BranchInst can fit into 32 bits.
2198           // Therefore, we will not have overflow using 64-bit arithmetic.
2199           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * (SuccFalseWeight +
2200                SuccTrueWeight) + PredTrueWeight * SuccFalseWeight);
2201         }
2202         AddPredecessorToBlock(TrueDest, PredBlock, BB);
2203         PBI->setSuccessor(0, TrueDest);
2204       }
2205       if (PBI->getSuccessor(1) == BB) {
2206         if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2207           // PBI: br i1 %x, TrueDest, BB
2208           // BI:  br i1 %y, TrueDest, FalseDest
2209           //TrueWeight is TrueWeight for PBI * TotalWeight for BI +
2210           //              FalseWeight for PBI * TrueWeight for BI.
2211           NewWeights.push_back(PredTrueWeight * (SuccFalseWeight +
2212               SuccTrueWeight) + PredFalseWeight * SuccTrueWeight);
2213           //FalseWeight is FalseWeight for PBI * FalseWeight for BI.
2214           NewWeights.push_back(PredFalseWeight * SuccFalseWeight);
2215         }
2216         AddPredecessorToBlock(FalseDest, PredBlock, BB);
2217         PBI->setSuccessor(1, FalseDest);
2218       }
2219       if (NewWeights.size() == 2) {
2220         // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2221         FitWeights(NewWeights);
2223         SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2224         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2225                          MDBuilder(BI->getContext()).
2226                          createBranchWeights(MDWeights));
2227       } else
2228         PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof, nullptr);
2229     } else {
2230       // Update PHI nodes in the common successors.
2231       for (unsigned i = 0, e = PHIs.size(); i != e; ++i) {
2232         ConstantInt *PBI_C = cast<ConstantInt>(
2233           PHIs[i]->getIncomingValueForBlock(PBI->getParent()));
2234         assert(PBI_C->getType()->isIntegerTy(1));
2235         Instruction *MergedCond = nullptr;
2236         if (PBI->getSuccessor(0) == TrueDest) {
2237           // Create (PBI_Cond and PBI_C) or (!PBI_Cond and BI_Value)
2238           // PBI_C is true: PBI_Cond or (!PBI_Cond and BI_Value)
2239           //       is false: !PBI_Cond and BI_Value
2240           Instruction *NotCond =
2241             cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2242                                 "not.cond"));
2243           MergedCond =
2244             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2245                                 NotCond, New,
2246                                 "and.cond"));
2247           if (PBI_C->isOne())
2248             MergedCond =
2249               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2250                                   PBI->getCondition(), MergedCond,
2251                                   "or.cond"));
2252         } else {
2253           // Create (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond and PBI_C)
2254           // PBI_C is true: (PBI_Cond and BI_Value) or (!PBI_Cond)
2255           //       is false: PBI_Cond and BI_Value
2256           MergedCond =
2257             cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::And,
2258                                 PBI->getCondition(), New,
2259                                 "and.cond"));
2260           if (PBI_C->isOne()) {
2261             Instruction *NotCond =
2262               cast<Instruction>(Builder.CreateNot(PBI->getCondition(),
2263                                   "not.cond"));
2264             MergedCond =
2265               cast<Instruction>(Builder.CreateBinOp(Instruction::Or,
2266                                   NotCond, MergedCond,
2267                                   "or.cond"));
2268           }
2269         }
2270         // Update PHI Node.
2271         PHIs[i]->setIncomingValue(PHIs[i]->getBasicBlockIndex(PBI->getParent()),
2272                                   MergedCond);
2273       }
2274       // Change PBI from Conditional to Unconditional.
2275       BranchInst *New_PBI = BranchInst::Create(TrueDest, PBI);
2276       EraseTerminatorInstAndDCECond(PBI);
2277       PBI = New_PBI;
2278     }
2280     // TODO: If BB is reachable from all paths through PredBlock, then we
2281     // could replace PBI's branch probabilities with BI's.
2283     // Copy any debug value intrinsics into the end of PredBlock.
2284     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
2285       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(*I))
2286         I->clone()->insertBefore(PBI);
2288     return true;
2289   }
2290   return false;
2293 /// SimplifyCondBranchToCondBranch - If we have a conditional branch as a
2294 /// predecessor of another block, this function tries to simplify it.  We know
2295 /// that PBI and BI are both conditional branches, and BI is in one of the
2296 /// successor blocks of PBI - PBI branches to BI.
2297 static bool SimplifyCondBranchToCondBranch(BranchInst *PBI, BranchInst *BI) {
2298   assert(PBI->isConditional() && BI->isConditional());
2299   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2301   // If this block ends with a branch instruction, and if there is a
2302   // predecessor that ends on a branch of the same condition, make
2303   // this conditional branch redundant.
2304   if (PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2305       PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2306     // Okay, the outcome of this conditional branch is statically
2307     // knowable.  If this block had a single pred, handle specially.
2308     if (BB->getSinglePredecessor()) {
2309       // Turn this into a branch on constant.
2310       bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2311       BI->setCondition(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2312                                         CondIsTrue));
2313       return true;  // Nuke the branch on constant.
2314     }
2316     // Otherwise, if there are multiple predecessors, insert a PHI that merges
2317     // in the constant and simplify the block result.  Subsequent passes of
2318     // simplifycfg will thread the block.
2319     if (BlockIsSimpleEnoughToThreadThrough(BB)) {
2320       pred_iterator PB = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
2321       PHINode *NewPN = PHINode::Create(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2322                                        std::distance(PB, PE),
2323                                        BI->getCondition()->getName() + ".pr",
2324                                        BB->begin());
2325       // Okay, we're going to insert the PHI node.  Since PBI is not the only
2326       // predecessor, compute the PHI'd conditional value for all of the preds.
2327       // Any predecessor where the condition is not computable we keep symbolic.
2328       for (pred_iterator PI = PB; PI != PE; ++PI) {
2329         BasicBlock *P = *PI;
2330         if ((PBI = dyn_cast<BranchInst>(P->getTerminator())) &&
2331             PBI != BI && PBI->isConditional() &&
2332             PBI->getCondition() == BI->getCondition() &&
2333             PBI->getSuccessor(0) != PBI->getSuccessor(1)) {
2334           bool CondIsTrue = PBI->getSuccessor(0) == BB;
2335           NewPN->addIncoming(ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(BB->getContext()),
2336                                               CondIsTrue), P);
2337         } else {
2338           NewPN->addIncoming(BI->getCondition(), P);
2339         }
2340       }
2342       BI->setCondition(NewPN);
2343       return true;
2344     }
2345   }
2347   // If this is a conditional branch in an empty block, and if any
2348   // predecessors are a conditional branch to one of our destinations,
2349   // fold the conditions into logical ops and one cond br.
2350   BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
2351   // Ignore dbg intrinsics.
2352   while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
2353     ++BBI;
2354   if (&*BBI != BI)
2355     return false;
2358   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BI->getCondition()))
2359     if (CE->canTrap())
2360       return false;
2362   int PBIOp, BIOp;
2363   if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
2364     PBIOp = BIOp = 0;
2365   else if (PBI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2366     PBIOp = 0, BIOp = 1;
2367   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(0))
2368     PBIOp = 1, BIOp = 0;
2369   else if (PBI->getSuccessor(1) == BI->getSuccessor(1))
2370     PBIOp = BIOp = 1;
2371   else
2372     return false;
2374   // Check to make sure that the other destination of this branch
2375   // isn't BB itself.  If so, this is an infinite loop that will
2376   // keep getting unwound.
2377   if (PBI->getSuccessor(PBIOp) == BB)
2378     return false;
2380   // Do not perform this transformation if it would require
2381   // insertion of a large number of select instructions. For targets
2382   // without predication/cmovs, this is a big pessimization.
2384   // Also do not perform this transformation if any phi node in the common
2385   // destination block can trap when reached by BB or PBB (PR17073). In that
2386   // case, it would be unsafe to hoist the operation into a select instruction.
2388   BasicBlock *CommonDest = PBI->getSuccessor(PBIOp);
2389   unsigned NumPhis = 0;
2390   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2391        isa<PHINode>(II); ++II, ++NumPhis) {
2392     if (NumPhis > 2) // Disable this xform.
2393       return false;
2395     PHINode *PN = cast<PHINode>(II);
2396     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2397     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(BIV))
2398       if (CE->canTrap())
2399         return false;
2401     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2402     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2403     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PBIV))
2404       if (CE->canTrap())
2405         return false;
2406   }
2408   // Finally, if everything is ok, fold the branches to logical ops.
2409   BasicBlock *OtherDest = BI->getSuccessor(BIOp ^ 1);
2411   DEBUG(dbgs() << "FOLDING BRs:" << *PBI->getParent()
2412                << "AND: " << *BI->getParent());
2415   // If OtherDest *is* BB, then BB is a basic block with a single conditional
2416   // branch in it, where one edge (OtherDest) goes back to itself but the other
2417   // exits.  We don't *know* that the program avoids the infinite loop
2418   // (even though that seems likely).  If we do this xform naively, we'll end up
2419   // recursively unpeeling the loop.  Since we know that (after the xform is
2420   // done) that the block *is* infinite if reached, we just make it an obviously
2421   // infinite loop with no cond branch.
2422   if (OtherDest == BB) {
2423     // Insert it at the end of the function, because it's either code,
2424     // or it won't matter if it's hot. :)
2425     BasicBlock *InfLoopBlock = BasicBlock::Create(BB->getContext(),
2426                                                   "infloop", BB->getParent());
2427     BranchInst::Create(InfLoopBlock, InfLoopBlock);
2428     OtherDest = InfLoopBlock;
2429   }
2431   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2433   // BI may have other predecessors.  Because of this, we leave
2434   // it alone, but modify PBI.
2436   // Make sure we get to CommonDest on True&True directions.
2437   Value *PBICond = PBI->getCondition();
2438   IRBuilder<true, NoFolder> Builder(PBI);
2439   if (PBIOp)
2440     PBICond = Builder.CreateNot(PBICond, PBICond->getName()+".not");
2442   Value *BICond = BI->getCondition();
2443   if (BIOp)
2444     BICond = Builder.CreateNot(BICond, BICond->getName()+".not");
2446   // Merge the conditions.
2447   Value *Cond = Builder.CreateOr(PBICond, BICond, "brmerge");
2449   // Modify PBI to branch on the new condition to the new dests.
2450   PBI->setCondition(Cond);
2451   PBI->setSuccessor(0, CommonDest);
2452   PBI->setSuccessor(1, OtherDest);
2454   // Update branch weight for PBI.
2455   uint64_t PredTrueWeight, PredFalseWeight, SuccTrueWeight, SuccFalseWeight;
2456   bool PredHasWeights = ExtractBranchMetadata(PBI, PredTrueWeight,
2457                                               PredFalseWeight);
2458   bool SuccHasWeights = ExtractBranchMetadata(BI, SuccTrueWeight,
2459                                               SuccFalseWeight);
2460   if (PredHasWeights && SuccHasWeights) {
2461     uint64_t PredCommon = PBIOp ? PredFalseWeight : PredTrueWeight;
2462     uint64_t PredOther = PBIOp ?PredTrueWeight : PredFalseWeight;
2463     uint64_t SuccCommon = BIOp ? SuccFalseWeight : SuccTrueWeight;
2464     uint64_t SuccOther = BIOp ? SuccTrueWeight : SuccFalseWeight;
2465     // The weight to CommonDest should be PredCommon * SuccTotal +
2466     //                                    PredOther * SuccCommon.
2467     // The weight to OtherDest should be PredOther * SuccOther.
2468     SmallVector<uint64_t, 2> NewWeights;
2469     NewWeights.push_back(PredCommon * (SuccCommon + SuccOther) +
2470                          PredOther * SuccCommon);
2471     NewWeights.push_back(PredOther * SuccOther);
2472     // Halve the weights if any of them cannot fit in an uint32_t
2473     FitWeights(NewWeights);
2475     SmallVector<uint32_t, 2> MDWeights(NewWeights.begin(),NewWeights.end());
2476     PBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2477                      MDBuilder(BI->getContext()).
2478                      createBranchWeights(MDWeights));
2479   }
2481   // OtherDest may have phi nodes.  If so, add an entry from PBI's
2482   // block that are identical to the entries for BI's block.
2483   AddPredecessorToBlock(OtherDest, PBI->getParent(), BB);
2485   // We know that the CommonDest already had an edge from PBI to
2486   // it.  If it has PHIs though, the PHIs may have different
2487   // entries for BB and PBI's BB.  If so, insert a select to make
2488   // them agree.
2489   PHINode *PN;
2490   for (BasicBlock::iterator II = CommonDest->begin();
2491        (PN = dyn_cast<PHINode>(II)); ++II) {
2492     Value *BIV = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2493     unsigned PBBIdx = PN->getBasicBlockIndex(PBI->getParent());
2494     Value *PBIV = PN->getIncomingValue(PBBIdx);
2495     if (BIV != PBIV) {
2496       // Insert a select in PBI to pick the right value.
2497       Value *NV = cast<SelectInst>
2498         (Builder.CreateSelect(PBICond, PBIV, BIV, PBIV->getName()+".mux"));
2499       PN->setIncomingValue(PBBIdx, NV);
2500     }
2501   }
2503   DEBUG(dbgs() << "INTO: " << *PBI->getParent());
2504   DEBUG(dbgs() << *PBI->getParent()->getParent());
2506   // This basic block is probably dead.  We know it has at least
2507   // one fewer predecessor.
2508   return true;
2511 // SimplifyTerminatorOnSelect - Simplifies a terminator by replacing it with a
2512 // branch to TrueBB if Cond is true or to FalseBB if Cond is false.
2513 // Takes care of updating the successors and removing the old terminator.
2514 // Also makes sure not to introduce new successors by assuming that edges to
2515 // non-successor TrueBBs and FalseBBs aren't reachable.
2516 static bool SimplifyTerminatorOnSelect(TerminatorInst *OldTerm, Value *Cond,
2517                                        BasicBlock *TrueBB, BasicBlock *FalseBB,
2518                                        uint32_t TrueWeight,
2519                                        uint32_t FalseWeight){
2520   // Remove any superfluous successor edges from the CFG.
2521   // First, figure out which successors to preserve.
2522   // If TrueBB and FalseBB are equal, only try to preserve one copy of that
2523   // successor.
2524   BasicBlock *KeepEdge1 = TrueBB;
2525   BasicBlock *KeepEdge2 = TrueBB != FalseBB ? FalseBB : nullptr;
2527   // Then remove the rest.
2528   for (unsigned I = 0, E = OldTerm->getNumSuccessors(); I != E; ++I) {
2529     BasicBlock *Succ = OldTerm->getSuccessor(I);
2530     // Make sure only to keep exactly one copy of each edge.
2531     if (Succ == KeepEdge1)
2532       KeepEdge1 = nullptr;
2533     else if (Succ == KeepEdge2)
2534       KeepEdge2 = nullptr;
2535     else
2536       Succ->removePredecessor(OldTerm->getParent());
2537   }
2539   IRBuilder<> Builder(OldTerm);
2540   Builder.SetCurrentDebugLocation(OldTerm->getDebugLoc());
2542   // Insert an appropriate new terminator.
2543   if (!KeepEdge1 && !KeepEdge2) {
2544     if (TrueBB == FalseBB)
2545       // We were only looking for one successor, and it was present.
2546       // Create an unconditional branch to it.
2547       Builder.CreateBr(TrueBB);
2548     else {
2549       // We found both of the successors we were looking for.
2550       // Create a conditional branch sharing the condition of the select.
2551       BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(Cond, TrueBB, FalseBB);
2552       if (TrueWeight != FalseWeight)
2553         NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2554                            MDBuilder(OldTerm->getContext()).
2555                            createBranchWeights(TrueWeight, FalseWeight));
2556     }
2557   } else if (KeepEdge1 && (KeepEdge2 || TrueBB == FalseBB)) {
2558     // Neither of the selected blocks were successors, so this
2559     // terminator must be unreachable.
2560     new UnreachableInst(OldTerm->getContext(), OldTerm);
2561   } else {
2562     // One of the selected values was a successor, but the other wasn't.
2563     // Insert an unconditional branch to the one that was found;
2564     // the edge to the one that wasn't must be unreachable.
2565     if (!KeepEdge1)
2566       // Only TrueBB was found.
2567       Builder.CreateBr(TrueBB);
2568     else
2569       // Only FalseBB was found.
2570       Builder.CreateBr(FalseBB);
2571   }
2573   EraseTerminatorInstAndDCECond(OldTerm);
2574   return true;
2577 // SimplifySwitchOnSelect - Replaces
2578 //   (switch (select cond, X, Y)) on constant X, Y
2579 // with a branch - conditional if X and Y lead to distinct BBs,
2580 // unconditional otherwise.
2581 static bool SimplifySwitchOnSelect(SwitchInst *SI, SelectInst *Select) {
2582   // Check for constant integer values in the select.
2583   ConstantInt *TrueVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getTrueValue());
2584   ConstantInt *FalseVal = dyn_cast<ConstantInt>(Select->getFalseValue());
2585   if (!TrueVal || !FalseVal)
2586     return false;
2588   // Find the relevant condition and destinations.
2589   Value *Condition = Select->getCondition();
2590   BasicBlock *TrueBB = SI->findCaseValue(TrueVal).getCaseSuccessor();
2591   BasicBlock *FalseBB = SI->findCaseValue(FalseVal).getCaseSuccessor();
2593   // Get weight for TrueBB and FalseBB.
2594   uint32_t TrueWeight = 0, FalseWeight = 0;
2595   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2596   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2597   if (HasWeights) {
2598     GetBranchWeights(SI, Weights);
2599     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2600       TrueWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(TrueVal).
2601                                      getSuccessorIndex()];
2602       FalseWeight = (uint32_t)Weights[SI->findCaseValue(FalseVal).
2603                                       getSuccessorIndex()];
2604     }
2605   }
2607   // Perform the actual simplification.
2608   return SimplifyTerminatorOnSelect(SI, Condition, TrueBB, FalseBB,
2609                                     TrueWeight, FalseWeight);
2612 // SimplifyIndirectBrOnSelect - Replaces
2613 //   (indirectbr (select cond, blockaddress(@fn, BlockA),
2614 //                             blockaddress(@fn, BlockB)))
2615 // with
2616 //   (br cond, BlockA, BlockB).
2617 static bool SimplifyIndirectBrOnSelect(IndirectBrInst *IBI, SelectInst *SI) {
2618   // Check that both operands of the select are block addresses.
2619   BlockAddress *TBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getTrueValue());
2620   BlockAddress *FBA = dyn_cast<BlockAddress>(SI->getFalseValue());
2621   if (!TBA || !FBA)
2622     return false;
2624   // Extract the actual blocks.
2625   BasicBlock *TrueBB = TBA->getBasicBlock();
2626   BasicBlock *FalseBB = FBA->getBasicBlock();
2628   // Perform the actual simplification.
2629   return SimplifyTerminatorOnSelect(IBI, SI->getCondition(), TrueBB, FalseBB,
2630                                     0, 0);
2633 /// TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt - This is called when we find an icmp
2634 /// instruction (a seteq/setne with a constant) as the only instruction in a
2635 /// block that ends with an uncond branch.  We are looking for a very specific
2636 /// pattern that occurs when "A == 1 || A == 2 || A == 3" gets simplified.  In
2637 /// this case, we merge the first two "or's of icmp" into a switch, but then the
2638 /// default value goes to an uncond block with a seteq in it, we get something
2639 /// like:
2640 ///
2641 ///   switch i8 %A, label %DEFAULT [ i8 1, label %end    i8 2, label %end ]
2642 /// DEFAULT:
2643 ///   %tmp = icmp eq i8 %A, 92
2644 ///   br label %end
2645 /// end:
2646 ///   ... = phi i1 [ true, %entry ], [ %tmp, %DEFAULT ], [ true, %entry ]
2647 ///
2648 /// We prefer to split the edge to 'end' so that there is a true/false entry to
2649 /// the PHI, merging the third icmp into the switch.
2650 static bool TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(
2651     ICmpInst *ICI, IRBuilder<> &Builder, const TargetTransformInfo &TTI,
2652     const DataLayout *DL) {
2653   BasicBlock *BB = ICI->getParent();
2655   // If the block has any PHIs in it or the icmp has multiple uses, it is too
2656   // complex.
2657   if (isa<PHINode>(BB->begin()) || !ICI->hasOneUse()) return false;
2659   Value *V = ICI->getOperand(0);
2660   ConstantInt *Cst = cast<ConstantInt>(ICI->getOperand(1));
2662   // The pattern we're looking for is where our only predecessor is a switch on
2663   // 'V' and this block is the default case for the switch.  In this case we can
2664   // fold the compared value into the switch to simplify things.
2665   BasicBlock *Pred = BB->getSinglePredecessor();
2666   if (!Pred || !isa<SwitchInst>(Pred->getTerminator())) return false;
2668   SwitchInst *SI = cast<SwitchInst>(Pred->getTerminator());
2669   if (SI->getCondition() != V)
2670     return false;
2672   // If BB is reachable on a non-default case, then we simply know the value of
2673   // V in this block.  Substitute it and constant fold the icmp instruction
2674   // away.
2675   if (SI->getDefaultDest() != BB) {
2676     ConstantInt *VVal = SI->findCaseDest(BB);
2677     assert(VVal && "Should have a unique destination value");
2678     ICI->setOperand(0, VVal);
2680     if (Value *V = SimplifyInstruction(ICI, DL)) {
2681       ICI->replaceAllUsesWith(V);
2682       ICI->eraseFromParent();
2683     }
2684     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2685     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
2686   }
2688   // Ok, the block is reachable from the default dest.  If the constant we're
2689   // comparing exists in one of the other edges, then we can constant fold ICI
2690   // and zap it.
2691   if (SI->findCaseValue(Cst) != SI->case_default()) {
2692     Value *V;
2693     if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2694       V = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2695     else
2696       V = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2698     ICI->replaceAllUsesWith(V);
2699     ICI->eraseFromParent();
2700     // BB is now empty, so it is likely to simplify away.
2701     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
2702   }
2704   // The use of the icmp has to be in the 'end' block, by the only PHI node in
2705   // the block.
2706   BasicBlock *SuccBlock = BB->getTerminator()->getSuccessor(0);
2707   PHINode *PHIUse = dyn_cast<PHINode>(ICI->user_back());
2708   if (PHIUse == nullptr || PHIUse != &SuccBlock->front() ||
2709       isa<PHINode>(++BasicBlock::iterator(PHIUse)))
2710     return false;
2712   // If the icmp is a SETEQ, then the default dest gets false, the new edge gets
2713   // true in the PHI.
2714   Constant *DefaultCst = ConstantInt::getTrue(BB->getContext());
2715   Constant *NewCst     = ConstantInt::getFalse(BB->getContext());
2717   if (ICI->getPredicate() == ICmpInst::ICMP_EQ)
2718     std::swap(DefaultCst, NewCst);
2720   // Replace ICI (which is used by the PHI for the default value) with true or
2721   // false depending on if it is EQ or NE.
2722   ICI->replaceAllUsesWith(DefaultCst);
2723   ICI->eraseFromParent();
2725   // Okay, the switch goes to this block on a default value.  Add an edge from
2726   // the switch to the merge point on the compared value.
2727   BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create(BB->getContext(), "switch.edge",
2728                                          BB->getParent(), BB);
2729   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
2730   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
2731   if (HasWeights) {
2732     GetBranchWeights(SI, Weights);
2733     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
2734       // Split weight for default case to case for "Cst".
2735       Weights[0] = (Weights[0]+1) >> 1;
2736       Weights.push_back(Weights[0]);
2738       SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
2739       SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
2740                       MDBuilder(SI->getContext()).
2741                       createBranchWeights(MDWeights));
2742     }
2743   }
2744   SI->addCase(Cst, NewBB);
2746   // NewBB branches to the phi block, add the uncond branch and the phi entry.
2747   Builder.SetInsertPoint(NewBB);
2748   Builder.SetCurrentDebugLocation(SI->getDebugLoc());
2749   Builder.CreateBr(SuccBlock);
2750   PHIUse->addIncoming(NewCst, NewBB);
2751   return true;
2754 /// SimplifyBranchOnICmpChain - The specified branch is a conditional branch.
2755 /// Check to see if it is branching on an or/and chain of icmp instructions, and
2756 /// fold it into a switch instruction if so.
2757 static bool SimplifyBranchOnICmpChain(BranchInst *BI, const DataLayout *DL,
2758                                       IRBuilder<> &Builder) {
2759   Instruction *Cond = dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2760   if (!Cond) return false;
2763   // Change br (X == 0 | X == 1), T, F into a switch instruction.
2764   // If this is a bunch of seteq's or'd together, or if it's a bunch of
2765   // 'setne's and'ed together, collect them.
2766   Value *CompVal = nullptr;
2767   std::vector<ConstantInt*> Values;
2768   bool TrueWhenEqual = true;
2769   Value *ExtraCase = nullptr;
2770   unsigned UsedICmps = 0;
2772   if (Cond->getOpcode() == Instruction::Or) {
2773     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, DL, true,
2774                                      UsedICmps);
2775   } else if (Cond->getOpcode() == Instruction::And) {
2776     CompVal = GatherConstantCompares(Cond, Values, ExtraCase, DL, false,
2777                                      UsedICmps);
2778     TrueWhenEqual = false;
2779   }
2781   // If we didn't have a multiply compared value, fail.
2782   if (!CompVal) return false;
2784   // Avoid turning single icmps into a switch.
2785   if (UsedICmps <= 1)
2786     return false;
2788   // There might be duplicate constants in the list, which the switch
2789   // instruction can't handle, remove them now.
2790   array_pod_sort(Values.begin(), Values.end(), ConstantIntSortPredicate);
2791   Values.erase(std::unique(Values.begin(), Values.end()), Values.end());
2793   // If Extra was used, we require at least two switch values to do the
2794   // transformation.  A switch with one value is just an cond branch.
2795   if (ExtraCase && Values.size() < 2) return false;
2797   // TODO: Preserve branch weight metadata, similarly to how
2798   // FoldValueComparisonIntoPredecessors preserves it.
2800   // Figure out which block is which destination.
2801   BasicBlock *DefaultBB = BI->getSuccessor(1);
2802   BasicBlock *EdgeBB    = BI->getSuccessor(0);
2803   if (!TrueWhenEqual) std::swap(DefaultBB, EdgeBB);
2805   BasicBlock *BB = BI->getParent();
2807   DEBUG(dbgs() << "Converting 'icmp' chain with " << Values.size()
2808                << " cases into SWITCH.  BB is:\n" << *BB);
2810   // If there are any extra values that couldn't be folded into the switch
2811   // then we evaluate them with an explicit branch first.  Split the block
2812   // right before the condbr to handle it.
2813   if (ExtraCase) {
2814     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(BI, "switch.early.test");
2815     // Remove the uncond branch added to the old block.
2816     TerminatorInst *OldTI = BB->getTerminator();
2817     Builder.SetInsertPoint(OldTI);
2819     if (TrueWhenEqual)
2820       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, EdgeBB, NewBB);
2821     else
2822       Builder.CreateCondBr(ExtraCase, NewBB, EdgeBB);
2824     OldTI->eraseFromParent();
2826     // If there are PHI nodes in EdgeBB, then we need to add a new entry to them
2827     // for the edge we just added.
2828     AddPredecessorToBlock(EdgeBB, BB, NewBB);
2830     DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain unhandled condition: " << *ExtraCase
2831           << "\nEXTRABB = " << *BB);
2832     BB = NewBB;
2833   }
2835   Builder.SetInsertPoint(BI);
2836   // Convert pointer to int before we switch.
2837   if (CompVal->getType()->isPointerTy()) {
2838     assert(DL && "Cannot switch on pointer without DataLayout");
2839     CompVal = Builder.CreatePtrToInt(CompVal,
2840                                      DL->getIntPtrType(CompVal->getType()),
2841                                      "magicptr");
2842   }
2844   // Create the new switch instruction now.
2845   SwitchInst *New = Builder.CreateSwitch(CompVal, DefaultBB, Values.size());
2847   // Add all of the 'cases' to the switch instruction.
2848   for (unsigned i = 0, e = Values.size(); i != e; ++i)
2849     New->addCase(Values[i], EdgeBB);
2851   // We added edges from PI to the EdgeBB.  As such, if there were any
2852   // PHI nodes in EdgeBB, they need entries to be added corresponding to
2853   // the number of edges added.
2854   for (BasicBlock::iterator BBI = EdgeBB->begin();
2855        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
2856     PHINode *PN = cast<PHINode>(BBI);
2857     Value *InVal = PN->getIncomingValueForBlock(BB);
2858     for (unsigned i = 0, e = Values.size()-1; i != e; ++i)
2859       PN->addIncoming(InVal, BB);
2860   }
2862   // Erase the old branch instruction.
2863   EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
2865   DEBUG(dbgs() << "  ** 'icmp' chain result is:\n" << *BB << '\n');
2866   return true;
2869 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyResume(ResumeInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2870   // If this is a trivial landing pad that just continues unwinding the caught
2871   // exception then zap the landing pad, turning its invokes into calls.
2872   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2873   LandingPadInst *LPInst = dyn_cast<LandingPadInst>(BB->getFirstNonPHI());
2874   if (RI->getValue() != LPInst)
2875     // Not a landing pad, or the resume is not unwinding the exception that
2876     // caused control to branch here.
2877     return false;
2879   // Check that there are no other instructions except for debug intrinsics.
2880   BasicBlock::iterator I = LPInst, E = RI;
2881   while (++I != E)
2882     if (!isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
2883       return false;
2885   // Turn all invokes that unwind here into calls and delete the basic block.
2886   bool InvokeRequiresTableEntry = false;
2887   bool Changed = false;
2888   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB); PI != PE;) {
2889     InvokeInst *II = cast<InvokeInst>((*PI++)->getTerminator());
2891     if (II->hasFnAttr(Attribute::UWTable)) {
2892       // Don't remove an `invoke' instruction if the ABI requires an entry into
2893       // the table.
2894       InvokeRequiresTableEntry = true;
2895       continue;
2896     }
2898     SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end() - 3);
2900     // Insert a call instruction before the invoke.
2901     CallInst *Call = CallInst::Create(II->getCalledValue(), Args, "", II);
2902     Call->takeName(II);
2903     Call->setCallingConv(II->getCallingConv());
2904     Call->setAttributes(II->getAttributes());
2905     Call->setDebugLoc(II->getDebugLoc());
2907     // Anything that used the value produced by the invoke instruction now uses
2908     // the value produced by the call instruction.  Note that we do this even
2909     // for void functions and calls with no uses so that the callgraph edge is
2910     // updated.
2911     II->replaceAllUsesWith(Call);
2912     BB->removePredecessor(II->getParent());
2914     // Insert a branch to the normal destination right before the invoke.
2915     BranchInst::Create(II->getNormalDest(), II);
2917     // Finally, delete the invoke instruction!
2918     II->eraseFromParent();
2919     Changed = true;
2920   }
2922   if (!InvokeRequiresTableEntry)
2923     // The landingpad is now unreachable.  Zap it.
2924     BB->eraseFromParent();
2926   return Changed;
2929 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyReturn(ReturnInst *RI, IRBuilder<> &Builder) {
2930   BasicBlock *BB = RI->getParent();
2931   if (!BB->getFirstNonPHIOrDbg()->isTerminator()) return false;
2933   // Find predecessors that end with branches.
2934   SmallVector<BasicBlock*, 8> UncondBranchPreds;
2935   SmallVector<BranchInst*, 8> CondBranchPreds;
2936   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2937     BasicBlock *P = *PI;
2938     TerminatorInst *PTI = P->getTerminator();
2939     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(PTI)) {
2940       if (BI->isUnconditional())
2941         UncondBranchPreds.push_back(P);
2942       else
2943         CondBranchPreds.push_back(BI);
2944     }
2945   }
2947   // If we found some, do the transformation!
2948   if (!UncondBranchPreds.empty() && DupRet) {
2949     while (!UncondBranchPreds.empty()) {
2950       BasicBlock *Pred = UncondBranchPreds.pop_back_val();
2951       DEBUG(dbgs() << "FOLDING: " << *BB
2952             << "INTO UNCOND BRANCH PRED: " << *Pred);
2953       (void)FoldReturnIntoUncondBranch(RI, BB, Pred);
2954     }
2956     // If we eliminated all predecessors of the block, delete the block now.
2957     if (pred_begin(BB) == pred_end(BB))
2958       // We know there are no successors, so just nuke the block.
2959       BB->eraseFromParent();
2961     return true;
2962   }
2964   // Check out all of the conditional branches going to this return
2965   // instruction.  If any of them just select between returns, change the
2966   // branch itself into a select/return pair.
2967   while (!CondBranchPreds.empty()) {
2968     BranchInst *BI = CondBranchPreds.pop_back_val();
2970     // Check to see if the non-BB successor is also a return block.
2971     if (isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(0)->getTerminator()) &&
2972         isa<ReturnInst>(BI->getSuccessor(1)->getTerminator()) &&
2973         SimplifyCondBranchToTwoReturns(BI, Builder))
2974       return true;
2975   }
2976   return false;
2979 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUnreachable(UnreachableInst *UI) {
2980   BasicBlock *BB = UI->getParent();
2982   bool Changed = false;
2984   // If there are any instructions immediately before the unreachable that can
2985   // be removed, do so.
2986   while (UI != BB->begin()) {
2987     BasicBlock::iterator BBI = UI;
2988     --BBI;
2989     // Do not delete instructions that can have side effects which might cause
2990     // the unreachable to not be reachable; specifically, calls and volatile
2991     // operations may have this effect.
2992     if (isa<CallInst>(BBI) && !isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI)) break;
2994     if (BBI->mayHaveSideEffects()) {
2995       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
2996         if (SI->isVolatile())
2997           break;
2998       } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
2999         if (LI->isVolatile())
3000           break;
3001       } else if (AtomicRMWInst *RMWI = dyn_cast<AtomicRMWInst>(BBI)) {
3002         if (RMWI->isVolatile())
3003           break;
3004       } else if (AtomicCmpXchgInst *CXI = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(BBI)) {
3005         if (CXI->isVolatile())
3006           break;
3007       } else if (!isa<FenceInst>(BBI) && !isa<VAArgInst>(BBI) &&
3008                  !isa<LandingPadInst>(BBI)) {
3009         break;
3010       }
3011       // Note that deleting LandingPad's here is in fact okay, although it
3012       // involves a bit of subtle reasoning. If this inst is a LandingPad,
3013       // all the predecessors of this block will be the unwind edges of Invokes,
3014       // and we can therefore guarantee this block will be erased.
3015     }
3017     // Delete this instruction (any uses are guaranteed to be dead)
3018     if (!BBI->use_empty())
3019       BBI->replaceAllUsesWith(UndefValue::get(BBI->getType()));
3020     BBI->eraseFromParent();
3021     Changed = true;
3022   }
3024   // If the unreachable instruction is the first in the block, take a gander
3025   // at all of the predecessors of this instruction, and simplify them.
3026   if (&BB->front() != UI) return Changed;
3028   SmallVector<BasicBlock*, 8> Preds(pred_begin(BB), pred_end(BB));
3029   for (unsigned i = 0, e = Preds.size(); i != e; ++i) {
3030     TerminatorInst *TI = Preds[i]->getTerminator();
3031     IRBuilder<> Builder(TI);
3032     if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI)) {
3033       if (BI->isUnconditional()) {
3034         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3035           new UnreachableInst(TI->getContext(), TI);
3036           TI->eraseFromParent();
3037           Changed = true;
3038         }
3039       } else {
3040         if (BI->getSuccessor(0) == BB) {
3041           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(1));
3042           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3043         } else if (BI->getSuccessor(1) == BB) {
3044           Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0));
3045           EraseTerminatorInstAndDCECond(BI);
3046           Changed = true;
3047         }
3048       }
3049     } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(TI)) {
3050       for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3051            i != e; ++i)
3052         if (i.getCaseSuccessor() == BB) {
3053           BB->removePredecessor(SI->getParent());
3054           SI->removeCase(i);
3055           --i; --e;
3056           Changed = true;
3057         }
3058       // If the default value is unreachable, figure out the most popular
3059       // destination and make it the default.
3060       if (SI->getDefaultDest() == BB) {
3061         std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> > Popularity;
3062         for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3063              i != e; ++i) {
3064           std::pair<unsigned, unsigned> &entry =
3065               Popularity[i.getCaseSuccessor()];
3066           if (entry.first == 0) {
3067             entry.first = 1;
3068             entry.second = i.getCaseIndex();
3069           } else {
3070             entry.first++;
3071           }
3072         }
3074         // Find the most popular block.
3075         unsigned MaxPop = 0;
3076         unsigned MaxIndex = 0;
3077         BasicBlock *MaxBlock = nullptr;
3078         for (std::map<BasicBlock*, std::pair<unsigned, unsigned> >::iterator
3079              I = Popularity.begin(), E = Popularity.end(); I != E; ++I) {
3080           if (I->second.first > MaxPop ||
3081               (I->second.first == MaxPop && MaxIndex > I->second.second)) {
3082             MaxPop = I->second.first;
3083             MaxIndex = I->second.second;
3084             MaxBlock = I->first;
3085           }
3086         }
3087         if (MaxBlock) {
3088           // Make this the new default, allowing us to delete any explicit
3089           // edges to it.
3090           SI->setDefaultDest(MaxBlock);
3091           Changed = true;
3093           // If MaxBlock has phinodes in it, remove MaxPop-1 entries from
3094           // it.
3095           if (isa<PHINode>(MaxBlock->begin()))
3096             for (unsigned i = 0; i != MaxPop-1; ++i)
3097               MaxBlock->removePredecessor(SI->getParent());
3099           for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
3100                i != e; ++i)
3101             if (i.getCaseSuccessor() == MaxBlock) {
3102               SI->removeCase(i);
3103               --i; --e;
3104             }
3105         }
3106       }
3107     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(TI)) {
3108       if (II->getUnwindDest() == BB) {
3109         // Convert the invoke to a call instruction.  This would be a good
3110         // place to note that the call does not throw though.
3111         BranchInst *BI = Builder.CreateBr(II->getNormalDest());
3112         II->removeFromParent();   // Take out of symbol table
3114         // Insert the call now...
3115         SmallVector<Value*, 8> Args(II->op_begin(), II->op_end()-3);
3116         Builder.SetInsertPoint(BI);
3117         CallInst *CI = Builder.CreateCall(II->getCalledValue(),
3118                                           Args, II->getName());
3119         CI->setCallingConv(II->getCallingConv());
3120         CI->setAttributes(II->getAttributes());
3121         // If the invoke produced a value, the call does now instead.
3122         II->replaceAllUsesWith(CI);
3123         delete II;
3124         Changed = true;
3125       }
3126     }
3127   }
3129   // If this block is now dead, remove it.
3130   if (pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
3131       BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) {
3132     // We know there are no successors, so just nuke the block.
3133     BB->eraseFromParent();
3134     return true;
3135   }
3137   return Changed;
3140 /// TurnSwitchRangeIntoICmp - Turns a switch with that contains only a
3141 /// integer range comparison into a sub, an icmp and a branch.
3142 static bool TurnSwitchRangeIntoICmp(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3143   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3145   // Make sure all cases point to the same destination and gather the values.
3146   SmallVector<ConstantInt *, 16> Cases;
3147   SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin();
3148   Cases.push_back(I.getCaseValue());
3149   SwitchInst::CaseIt PrevI = I++;
3150   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); I != E; PrevI = I++) {
3151     if (PrevI.getCaseSuccessor() != I.getCaseSuccessor())
3152       return false;
3153     Cases.push_back(I.getCaseValue());
3154   }
3155   assert(Cases.size() == SI->getNumCases() && "Not all cases gathered");
3157   // Sort the case values, then check if they form a range we can transform.
3158   array_pod_sort(Cases.begin(), Cases.end(), ConstantIntSortPredicate);
3159   for (unsigned I = 1, E = Cases.size(); I != E; ++I) {
3160     if (Cases[I-1]->getValue() != Cases[I]->getValue()+1)
3161       return false;
3162   }
3164   Constant *Offset = ConstantExpr::getNeg(Cases.back());
3165   Constant *NumCases = ConstantInt::get(Offset->getType(), SI->getNumCases());
3167   Value *Sub = SI->getCondition();
3168   if (!Offset->isNullValue())
3169     Sub = Builder.CreateAdd(Sub, Offset, Sub->getName()+".off");
3170   Value *Cmp;
3171   // If NumCases overflowed, then all possible values jump to the successor.
3172   if (NumCases->isNullValue() && SI->getNumCases() != 0)
3173     Cmp = ConstantInt::getTrue(SI->getContext());
3174   else
3175     Cmp = Builder.CreateICmpULT(Sub, NumCases, "switch");
3176   BranchInst *NewBI = Builder.CreateCondBr(
3177       Cmp, SI->case_begin().getCaseSuccessor(), SI->getDefaultDest());
3179   // Update weight for the newly-created conditional branch.
3180   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3181   bool HasWeights = HasBranchWeights(SI);
3182   if (HasWeights) {
3183     GetBranchWeights(SI, Weights);
3184     if (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases()) {
3185       // Combine all weights for the cases to be the true weight of NewBI.
3186       // We assume that the sum of all weights for a Terminator can fit into 32
3187       // bits.
3188       uint32_t NewTrueWeight = 0;
3189       for (unsigned I = 1, E = Weights.size(); I != E; ++I)
3190         NewTrueWeight += (uint32_t)Weights[I];
3191       NewBI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3192                          MDBuilder(SI->getContext()).
3193                          createBranchWeights(NewTrueWeight,
3194                                              (uint32_t)Weights[0]));
3195     }
3196   }
3198   // Prune obsolete incoming values off the successor's PHI nodes.
3199   for (BasicBlock::iterator BBI = SI->case_begin().getCaseSuccessor()->begin();
3200        isa<PHINode>(BBI); ++BBI) {
3201     for (unsigned I = 0, E = SI->getNumCases()-1; I != E; ++I)
3202       cast<PHINode>(BBI)->removeIncomingValue(SI->getParent());
3203   }
3204   SI->eraseFromParent();
3206   return true;
3209 /// EliminateDeadSwitchCases - Compute masked bits for the condition of a switch
3210 /// and use it to remove dead cases.
3211 static bool EliminateDeadSwitchCases(SwitchInst *SI) {
3212   Value *Cond = SI->getCondition();
3213   unsigned Bits = Cond->getType()->getIntegerBitWidth();
3214   APInt KnownZero(Bits, 0), KnownOne(Bits, 0);
3215   computeKnownBits(Cond, KnownZero, KnownOne);
3217   // Gather dead cases.
3218   SmallVector<ConstantInt*, 8> DeadCases;
3219   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3220     if ((I.getCaseValue()->getValue() & KnownZero) != 0 ||
3221         (I.getCaseValue()->getValue() & KnownOne) != KnownOne) {
3222       DeadCases.push_back(I.getCaseValue());
3223       DEBUG(dbgs() << "SimplifyCFG: switch case '"
3224                    << I.getCaseValue() << "' is dead.\n");
3225     }
3226   }
3228   SmallVector<uint64_t, 8> Weights;
3229   bool HasWeight = HasBranchWeights(SI);
3230   if (HasWeight) {
3231     GetBranchWeights(SI, Weights);
3232     HasWeight = (Weights.size() == 1 + SI->getNumCases());
3233   }
3235   // Remove dead cases from the switch.
3236   for (unsigned I = 0, E = DeadCases.size(); I != E; ++I) {
3237     SwitchInst::CaseIt Case = SI->findCaseValue(DeadCases[I]);
3238     assert(Case != SI->case_default() &&
3239            "Case was not found. Probably mistake in DeadCases forming.");
3240     if (HasWeight) {
3241       std::swap(Weights[Case.getCaseIndex()+1], Weights.back());
3242       Weights.pop_back();
3243     }
3245     // Prune unused values from PHI nodes.
3246     Case.getCaseSuccessor()->removePredecessor(SI->getParent());
3247     SI->removeCase(Case);
3248   }
3249   if (HasWeight && Weights.size() >= 2) {
3250     SmallVector<uint32_t, 8> MDWeights(Weights.begin(), Weights.end());
3251     SI->setMetadata(LLVMContext::MD_prof,
3252                     MDBuilder(SI->getParent()->getContext()).
3253                     createBranchWeights(MDWeights));
3254   }
3256   return !DeadCases.empty();
3259 /// FindPHIForConditionForwarding - If BB would be eligible for simplification
3260 /// by TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock (i.e. it is empty and terminated
3261 /// by an unconditional branch), look at the phi node for BB in the successor
3262 /// block and see if the incoming value is equal to CaseValue. If so, return
3263 /// the phi node, and set PhiIndex to BB's index in the phi node.
3264 static PHINode *FindPHIForConditionForwarding(ConstantInt *CaseValue,
3265                                               BasicBlock *BB,
3266                                               int *PhiIndex) {
3267   if (BB->getFirstNonPHIOrDbg() != BB->getTerminator())
3268     return nullptr; // BB must be empty to be a candidate for simplification.
3269   if (!BB->getSinglePredecessor())
3270     return nullptr; // BB must be dominated by the switch.
3272   BranchInst *Branch = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator());
3273   if (!Branch || !Branch->isUnconditional())
3274     return nullptr; // Terminator must be unconditional branch.
3276   BasicBlock *Succ = Branch->getSuccessor(0);
3278   BasicBlock::iterator I = Succ->begin();
3279   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3280     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(BB);
3281     assert(Idx >= 0 && "PHI has no entry for predecessor?");
3283     Value *InValue = PHI->getIncomingValue(Idx);
3284     if (InValue != CaseValue) continue;
3286     *PhiIndex = Idx;
3287     return PHI;
3288   }
3290   return nullptr;
3293 /// ForwardSwitchConditionToPHI - Try to forward the condition of a switch
3294 /// instruction to a phi node dominated by the switch, if that would mean that
3295 /// some of the destination blocks of the switch can be folded away.
3296 /// Returns true if a change is made.
3297 static bool ForwardSwitchConditionToPHI(SwitchInst *SI) {
3298   typedef DenseMap<PHINode*, SmallVector<int,4> > ForwardingNodesMap;
3299   ForwardingNodesMap ForwardingNodes;
3301   for (SwitchInst::CaseIt I = SI->case_begin(), E = SI->case_end(); I != E; ++I) {
3302     ConstantInt *CaseValue = I.getCaseValue();
3303     BasicBlock *CaseDest = I.getCaseSuccessor();
3305     int PhiIndex;
3306     PHINode *PHI = FindPHIForConditionForwarding(CaseValue, CaseDest,
3307                                                  &PhiIndex);
3308     if (!PHI) continue;
3310     ForwardingNodes[PHI].push_back(PhiIndex);
3311   }
3313   bool Changed = false;
3315   for (ForwardingNodesMap::iterator I = ForwardingNodes.begin(),
3316        E = ForwardingNodes.end(); I != E; ++I) {
3317     PHINode *Phi = I->first;
3318     SmallVectorImpl<int> &Indexes = I->second;
3320     if (Indexes.size() < 2) continue;
3322     for (size_t I = 0, E = Indexes.size(); I != E; ++I)
3323       Phi->setIncomingValue(Indexes[I], SI->getCondition());
3324     Changed = true;
3325   }
3327   return Changed;
3330 /// ValidLookupTableConstant - Return true if the backend will be able to handle
3331 /// initializing an array of constants like C.
3332 static bool ValidLookupTableConstant(Constant *C) {
3333   if (C->isThreadDependent())
3334     return false;
3335   if (C->isDLLImportDependent())
3336     return false;
3338   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C))
3339     return CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing();
3341   return isa<ConstantFP>(C) ||
3342       isa<ConstantInt>(C) ||
3343       isa<ConstantPointerNull>(C) ||
3344       isa<GlobalValue>(C) ||
3345       isa<UndefValue>(C);
3348 /// LookupConstant - If V is a Constant, return it. Otherwise, try to look up
3349 /// its constant value in ConstantPool, returning 0 if it's not there.
3350 static Constant *LookupConstant(Value *V,
3351                          const SmallDenseMap<Value*, Constant*>& ConstantPool) {
3352   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
3353     return C;
3354   return ConstantPool.lookup(V);
3357 /// ConstantFold - Try to fold instruction I into a constant. This works for
3358 /// simple instructions such as binary operations where both operands are
3359 /// constant or can be replaced by constants from the ConstantPool. Returns the
3360 /// resulting constant on success, 0 otherwise.
3361 static Constant *
3362 ConstantFold(Instruction *I,
3363              const SmallDenseMap<Value *, Constant *> &ConstantPool,
3364              const DataLayout *DL) {
3365   if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
3366     Constant *A = LookupConstant(Select->getCondition(), ConstantPool);
3367     if (!A)
3368       return nullptr;
3369     if (A->isAllOnesValue())
3370       return LookupConstant(Select->getTrueValue(), ConstantPool);
3371     if (A->isNullValue())
3372       return LookupConstant(Select->getFalseValue(), ConstantPool);
3373     return nullptr;
3374   }
3376   SmallVector<Constant *, 4> COps;
3377   for (unsigned N = 0, E = I->getNumOperands(); N != E; ++N) {
3378     if (Constant *A = LookupConstant(I->getOperand(N), ConstantPool))
3379       COps.push_back(A);
3380     else
3381       return nullptr;
3382   }
3384   if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(I))
3385     return ConstantFoldCompareInstOperands(Cmp->getPredicate(), COps[0],
3386                                            COps[1], DL);
3388   return ConstantFoldInstOperands(I->getOpcode(), I->getType(), COps, DL);
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
3396 GetCaseResults(SwitchInst *SI,
3397                ConstantInt *CaseVal,
3398                BasicBlock *CaseDest,
3399                BasicBlock **CommonDest,
3400                SmallVectorImpl<std::pair<PHINode *, Constant *> > &Res,
3401                const DataLayout *DL) {
3402   // The block from which we enter the common destination.
3403   BasicBlock *Pred = SI->getParent();
3405   // If CaseDest is empty except for some side-effect free instructions through
3406   // which we can constant-propagate the CaseVal, continue to its successor.
3407   SmallDenseMap<Value*, Constant*> ConstantPool;
3408   ConstantPool.insert(std::make_pair(SI->getCondition(), CaseVal));
3409   for (BasicBlock::iterator I = CaseDest->begin(), E = CaseDest->end(); I != E;
3410        ++I) {
3411     if (TerminatorInst *T = dyn_cast<TerminatorInst>(I)) {
3412       // If the terminator is a simple branch, continue to the next block.
3413       if (T->getNumSuccessors() != 1)
3414         return false;
3415       Pred = CaseDest;
3416       CaseDest = T->getSuccessor(0);
3417     } else if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I)) {
3418       // Skip debug intrinsic.
3419       continue;
3420     } else if (Constant *C = ConstantFold(I, ConstantPool, DL)) {
3421       // Instruction is side-effect free and constant.
3422       ConstantPool.insert(std::make_pair(I, C));
3423     } else {
3424       break;
3425     }
3426   }
3428   // If we did not have a CommonDest before, use the current one.
3429   if (!*CommonDest)
3430     *CommonDest = CaseDest;
3431   // If the destination isn't the common one, abort.
3432   if (CaseDest != *CommonDest)
3433     return false;
3435   // Get the values for this case from phi nodes in the destination block.
3436   BasicBlock::iterator I = (*CommonDest)->begin();
3437   while (PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(I++)) {
3438     int Idx = PHI->getBasicBlockIndex(Pred);
3439     if (Idx == -1)
3440       continue;
3442     Constant *ConstVal = LookupConstant(PHI->getIncomingValue(Idx),
3443                                         ConstantPool);
3444     if (!ConstVal)
3445       return false;
3447     // Note: If the constant comes from constant-propagating the case value
3448     // through the CaseDest basic block, it will be safe to remove the
3449     // instructions in that block. They cannot be used (except in the phi nodes
3450     // we visit) outside CaseDest, because that block does not dominate its
3451     // successor. If it did, we would not be in this phi node.
3453     // Be conservative about which kinds of constants we support.
3454     if (!ValidLookupTableConstant(ConstVal))
3455       return false;
3457     Res.push_back(std::make_pair(PHI, ConstVal));
3458   }
3460   return Res.size() > 0;
3463 namespace {
3464   /// SwitchLookupTable - This class represents a lookup table that can be used
3465   /// to replace a switch.
3466   class SwitchLookupTable {
3467   public:
3468     /// SwitchLookupTable - Create a lookup table to use as a switch replacement
3469     /// with the contents of Values, using DefaultValue to fill any holes in the
3470     /// table.
3471     SwitchLookupTable(Module &M,
3472                       uint64_t TableSize,
3473                       ConstantInt *Offset,
3474              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3475                       Constant *DefaultValue,
3476                       const DataLayout *DL);
3478     /// BuildLookup - Build instructions with Builder to retrieve the value at
3479     /// the position given by Index in the lookup table.
3480     Value *BuildLookup(Value *Index, uint64_t TableSize, IRBuilder<> &Builder);
3482     /// WouldFitInRegister - Return true if a table with TableSize elements of
3483     /// type ElementType would fit in a target-legal register.
3484     static bool WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3485                                    uint64_t TableSize,
3486                                    const Type *ElementType);
3488   private:
3489     // Depending on the contents of the table, it can be represented in
3490     // different ways.
3491     enum {
3492       // For tables where each element contains the same value, we just have to
3493       // store that single value and return it for each lookup.
3494       SingleValueKind,
3496       // For small tables with integer elements, we can pack them into a bitmap
3497       // that fits into a target-legal register. Values are retrieved by
3498       // shift and mask operations.
3499       BitMapKind,
3501       // The table is stored as an array of values. Values are retrieved by load
3502       // instructions from the table.
3503       ArrayKind
3504     } Kind;
3506     // For SingleValueKind, this is the single value.
3507     Constant *SingleValue;
3509     // For BitMapKind, this is the bitmap.
3510     ConstantInt *BitMap;
3511     IntegerType *BitMapElementTy;
3513     // For ArrayKind, this is the array.
3514     GlobalVariable *Array;
3515   };
3518 SwitchLookupTable::SwitchLookupTable(Module &M,
3519                                      uint64_t TableSize,
3520                                      ConstantInt *Offset,
3521              const SmallVectorImpl<std::pair<ConstantInt*, Constant*> >& Values,
3522                                      Constant *DefaultValue,
3523                                      const DataLayout *DL)
3524     : SingleValue(nullptr), BitMap(nullptr), BitMapElementTy(nullptr),
3525       Array(nullptr) {
3526   assert(Values.size() && "Can't build lookup table without values!");
3527   assert(TableSize >= Values.size() && "Can't fit values in table!");
3529   // If all values in the table are equal, this is that value.
3530   SingleValue = Values.begin()->second;
3532   Type *ValueType = Values.begin()->second->getType();
3534   // Build up the table contents.
3535   SmallVector<Constant*, 64> TableContents(TableSize);
3536   for (size_t I = 0, E = Values.size(); I != E; ++I) {
3537     ConstantInt *CaseVal = Values[I].first;
3538     Constant *CaseRes = Values[I].second;
3539     assert(CaseRes->getType() == ValueType);
3541     uint64_t Idx = (CaseVal->getValue() - Offset->getValue())
3542                    .getLimitedValue();
3543     TableContents[Idx] = CaseRes;
3545     if (CaseRes != SingleValue)
3546       SingleValue = nullptr;
3547   }
3549   // Fill in any holes in the table with the default result.
3550   if (Values.size() < TableSize) {
3551     assert(DefaultValue &&
3552            "Need a default value to fill the lookup table holes.");
3553     assert(DefaultValue->getType() == ValueType);
3554     for (uint64_t I = 0; I < TableSize; ++I) {
3555       if (!TableContents[I])
3556         TableContents[I] = DefaultValue;
3557     }
3559     if (DefaultValue != SingleValue)
3560       SingleValue = nullptr;
3561   }
3563   // If each element in the table contains the same value, we only need to store
3564   // that single value.
3565   if (SingleValue) {
3566     Kind = SingleValueKind;
3567     return;
3568   }
3570   // If the type is integer and the table fits in a register, build a bitmap.
3571   if (WouldFitInRegister(DL, TableSize, ValueType)) {
3572     IntegerType *IT = cast<IntegerType>(ValueType);
3573     APInt TableInt(TableSize * IT->getBitWidth(), 0);
3574     for (uint64_t I = TableSize; I > 0; --I) {
3575       TableInt <<= IT->getBitWidth();
3576       // Insert values into the bitmap. Undef values are set to zero.
3577       if (!isa<UndefValue>(TableContents[I - 1])) {
3578         ConstantInt *Val = cast<ConstantInt>(TableContents[I - 1]);
3579         TableInt |= Val->getValue().zext(TableInt.getBitWidth());
3580       }
3581     }
3582     BitMap = ConstantInt::get(M.getContext(), TableInt);
3583     BitMapElementTy = IT;
3584     Kind = BitMapKind;
3585     ++NumBitMaps;
3586     return;
3587   }
3589   // Store the table in an array.
3590   ArrayType *ArrayTy = ArrayType::get(ValueType, TableSize);
3591   Constant *Initializer = ConstantArray::get(ArrayTy, TableContents);
3593   Array = new GlobalVariable(M, ArrayTy, /*constant=*/ true,
3594                              GlobalVariable::PrivateLinkage,
3595                              Initializer,
3596                              "switch.table");
3597   Array->setUnnamedAddr(true);
3598   Kind = ArrayKind;
3601 Value *SwitchLookupTable::BuildLookup(Value *Index, uint64_t TableSize,
3602                                       IRBuilder<> &Builder) {
3603   switch (Kind) {
3604     case SingleValueKind:
3605       return SingleValue;
3606     case BitMapKind: {
3607       // Type of the bitmap (e.g. i59).
3608       IntegerType *MapTy = BitMap->getType();
3610       // Cast Index to the same type as the bitmap.
3611       // Note: The Index is <= the number of elements in the table, so
3612       // truncating it to the width of the bitmask is safe.
3613       Value *ShiftAmt = Builder.CreateZExtOrTrunc(Index, MapTy, "switch.cast");
3615       // Multiply the shift amount by the element width.
3616       ShiftAmt = Builder.CreateMul(ShiftAmt,
3617                       ConstantInt::get(MapTy, BitMapElementTy->getBitWidth()),
3618                                    "switch.shiftamt");
3620       // Shift down.
3621       Value *DownShifted = Builder.CreateLShr(BitMap, ShiftAmt,
3622                                               "switch.downshift");
3623       // Mask off.
3624       return Builder.CreateTrunc(DownShifted, BitMapElementTy,
3625                                  "switch.masked");
3626     }
3627     case ArrayKind: {
3628       // Make sure the table index will not overflow when treated as signed.
3629       if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(Index->getType()))
3630         if (TableSize > (1ULL << (IT->getBitWidth() - 1)))
3631           Index = Builder.CreateZExt(Index,
3632                                      IntegerType::get(IT->getContext(),
3633                                                       IT->getBitWidth() + 1),
3634                                      "switch.tableidx.zext");
3636       Value *GEPIndices[] = { Builder.getInt32(0), Index };
3637       Value *GEP = Builder.CreateInBoundsGEP(Array, GEPIndices,
3638                                              "switch.gep");
3639       return Builder.CreateLoad(GEP, "switch.load");
3640     }
3641   }
3642   llvm_unreachable("Unknown lookup table kind!");
3645 bool SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(const DataLayout *DL,
3646                                            uint64_t TableSize,
3647                                            const Type *ElementType) {
3648   if (!DL)
3649     return false;
3650   const IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(ElementType);
3651   if (!IT)
3652     return false;
3653   // FIXME: If the type is wider than it needs to be, e.g. i8 but all values
3654   // are <= 15, we could try to narrow the type.
3656   // Avoid overflow, fitsInLegalInteger uses unsigned int for the width.
3657   if (TableSize >= UINT_MAX/IT->getBitWidth())
3658     return false;
3659   return DL->fitsInLegalInteger(TableSize * IT->getBitWidth());
3662 /// ShouldBuildLookupTable - Determine whether a lookup table should be built
3663 /// for this switch, based on the number of cases, size of the table and the
3664 /// types of the results.
3665 static bool ShouldBuildLookupTable(SwitchInst *SI,
3666                                    uint64_t TableSize,
3667                                    const TargetTransformInfo &TTI,
3668                                    const DataLayout *DL,
3669                             const SmallDenseMap<PHINode*, Type*>& ResultTypes) {
3670   if (SI->getNumCases() > TableSize || TableSize >= UINT64_MAX / 10)
3671     return false; // TableSize overflowed, or mul below might overflow.
3673   bool AllTablesFitInRegister = true;
3674   bool HasIllegalType = false;
3675   for (SmallDenseMap<PHINode*, Type*>::const_iterator I = ResultTypes.begin(),
3676        E = ResultTypes.end(); I != E; ++I) {
3677     Type *Ty = I->second;
3679     // Saturate this flag to true.
3680     HasIllegalType = HasIllegalType || !TTI.isTypeLegal(Ty);
3682     // Saturate this flag to false.
3683     AllTablesFitInRegister = AllTablesFitInRegister &&
3684       SwitchLookupTable::WouldFitInRegister(DL, TableSize, Ty);
3686     // If both flags saturate, we're done. NOTE: This *only* works with
3687     // saturating flags, and all flags have to saturate first due to the
3688     // non-deterministic behavior of iterating over a dense map.
3689     if (HasIllegalType && !AllTablesFitInRegister)
3690       break;
3691   }
3693   // If each table would fit in a register, we should build it anyway.
3694   if (AllTablesFitInRegister)
3695     return true;
3697   // Don't build a table that doesn't fit in-register if it has illegal types.
3698   if (HasIllegalType)
3699     return false;
3701   // The table density should be at least 40%. This is the same criterion as for
3702   // jump tables, see SelectionDAGBuilder::handleJTSwitchCase.
3703   // FIXME: Find the best cut-off.
3704   return SI->getNumCases() * 10 >= TableSize * 4;
3707 /// SwitchToLookupTable - If the switch is only used to initialize one or more
3708 /// phi nodes in a common successor block with different constant values,
3709 /// replace the switch with lookup tables.
3710 static bool SwitchToLookupTable(SwitchInst *SI,
3711                                 IRBuilder<> &Builder,
3712                                 const TargetTransformInfo &TTI,
3713                                 const DataLayout* DL) {
3714   assert(SI->getNumCases() > 1 && "Degenerate switch?");
3716   // Only build lookup table when we have a target that supports it.
3717   if (!TTI.shouldBuildLookupTables())
3718     return false;
3720   // FIXME: If the switch is too sparse for a lookup table, perhaps we could
3721   // split off a dense part and build a lookup table for that.
3723   // FIXME: This creates arrays of GEPs to constant strings, which means each
3724   // GEP needs a runtime relocation in PIC code. We should just build one big
3725   // string and lookup indices into that.
3727   // Ignore switches with less than three cases. Lookup tables will not make them
3728   // faster, so we don't analyze them.
3729   if (SI->getNumCases() < 3)
3730     return false;
3732   // Figure out the corresponding result for each case value and phi node in the
3733   // common destination, as well as the the min and max case values.
3734   assert(SI->case_begin() != SI->case_end());
3735   SwitchInst::CaseIt CI = SI->case_begin();
3736   ConstantInt *MinCaseVal = CI.getCaseValue();
3737   ConstantInt *MaxCaseVal = CI.getCaseValue();
3739   BasicBlock *CommonDest = nullptr;
3740   typedef SmallVector<std::pair<ConstantInt*, Constant*>, 4> ResultListTy;
3741   SmallDenseMap<PHINode*, ResultListTy> ResultLists;
3742   SmallDenseMap<PHINode*, Constant*> DefaultResults;
3743   SmallDenseMap<PHINode*, Type*> ResultTypes;
3744   SmallVector<PHINode*, 4> PHIs;
3746   for (SwitchInst::CaseIt E = SI->case_end(); CI != E; ++CI) {
3747     ConstantInt *CaseVal = CI.getCaseValue();
3748     if (CaseVal->getValue().slt(MinCaseVal->getValue()))
3749       MinCaseVal = CaseVal;
3750     if (CaseVal->getValue().sgt(MaxCaseVal->getValue()))
3751       MaxCaseVal = CaseVal;
3753     // Resulting value at phi nodes for this case value.
3754     typedef SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> ResultsTy;
3755     ResultsTy Results;
3756     if (!GetCaseResults(SI, CaseVal, CI.getCaseSuccessor(), &CommonDest,
3757                         Results, DL))
3758       return false;
3760     // Append the result from this case to the list for each phi.
3761     for (ResultsTy::iterator I = Results.begin(), E = Results.end(); I!=E; ++I) {
3762       if (!ResultLists.count(I->first))
3763         PHIs.push_back(I->first);
3764       ResultLists[I->first].push_back(std::make_pair(CaseVal, I->second));
3765     }
3766   }
3768   // Keep track of the result types.
3769   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3770     PHINode *PHI = PHIs[I];
3771     ResultTypes[PHI] = ResultLists[PHI][0].second->getType();
3772   }
3774   uint64_t NumResults = ResultLists[PHIs[0]].size();
3775   APInt RangeSpread = MaxCaseVal->getValue() - MinCaseVal->getValue();
3776   uint64_t TableSize = RangeSpread.getLimitedValue() + 1;
3777   bool TableHasHoles = (NumResults < TableSize);
3779   // If the table has holes, we need a constant result for the default case
3780   // or a bitmask that fits in a register.
3781   SmallVector<std::pair<PHINode*, Constant*>, 4> DefaultResultsList;
3782   bool HasDefaultResults = false;
3783   if (TableHasHoles) {
3784     HasDefaultResults = GetCaseResults(SI, nullptr, SI->getDefaultDest(),
3785                                        &CommonDest, DefaultResultsList, DL);
3786   }
3787   bool NeedMask = (TableHasHoles && !HasDefaultResults);
3788   if (NeedMask) {
3789     // As an extra penalty for the validity test we require more cases.
3790     if (SI->getNumCases() < 4)  // FIXME: Find best threshold value (benchmark).
3791       return false;
3792     if (!(DL && DL->fitsInLegalInteger(TableSize)))
3793       return false;
3794   }
3796   for (size_t I = 0, E = DefaultResultsList.size(); I != E; ++I) {
3797     PHINode *PHI = DefaultResultsList[I].first;
3798     Constant *Result = DefaultResultsList[I].second;
3799     DefaultResults[PHI] = Result;
3800   }
3802   if (!ShouldBuildLookupTable(SI, TableSize, TTI, DL, ResultTypes))
3803     return false;
3805   // Create the BB that does the lookups.
3806   Module &Mod = *CommonDest->getParent()->getParent();
3807   BasicBlock *LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3808                                             "switch.lookup",
3809                                             CommonDest->getParent(),
3810                                             CommonDest);
3812   // Compute the table index value.
3813   Builder.SetInsertPoint(SI);
3814   Value *TableIndex = Builder.CreateSub(SI->getCondition(), MinCaseVal,
3815                                         "switch.tableidx");
3817   // Compute the maximum table size representable by the integer type we are
3818   // switching upon.
3819   unsigned CaseSize = MinCaseVal->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
3820   uint64_t MaxTableSize = CaseSize > 63 ? UINT64_MAX : 1ULL << CaseSize;
3821   assert(MaxTableSize >= TableSize &&
3822          "It is impossible for a switch to have more entries than the max "
3823          "representable value of its input integer type's size.");
3825   // If we have a fully covered lookup table, unconditionally branch to the
3826   // lookup table BB. Otherwise, check if the condition value is within the case
3827   // range. If it is so, branch to the new BB. Otherwise branch to SI's default
3828   // destination.
3829   const bool GeneratingCoveredLookupTable = MaxTableSize == TableSize;
3830   if (GeneratingCoveredLookupTable) {
3831     Builder.CreateBr(LookupBB);
3832     SI->getDefaultDest()->removePredecessor(SI->getParent());
3833   } else {
3834     Value *Cmp = Builder.CreateICmpULT(TableIndex, ConstantInt::get(
3835                                        MinCaseVal->getType(), TableSize));
3836     Builder.CreateCondBr(Cmp, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3837   }
3839   // Populate the BB that does the lookups.
3840   Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3842   if (NeedMask) {
3843     // Before doing the lookup we do the hole check.
3844     // The LookupBB is therefore re-purposed to do the hole check
3845     // and we create a new LookupBB.
3846     BasicBlock *MaskBB = LookupBB;
3847     MaskBB->setName("switch.hole_check");
3848     LookupBB = BasicBlock::Create(Mod.getContext(),
3849                                   "switch.lookup",
3850                                   CommonDest->getParent(),
3851                                   CommonDest);
3853     // Build bitmask; fill in a 1 bit for every case.
3854     APInt MaskInt(TableSize, 0);
3855     APInt One(TableSize, 1);
3856     const ResultListTy &ResultList = ResultLists[PHIs[0]];
3857     for (size_t I = 0, E = ResultList.size(); I != E; ++I) {
3858       uint64_t Idx = (ResultList[I].first->getValue() -
3859                       MinCaseVal->getValue()).getLimitedValue();
3860       MaskInt |= One << Idx;
3861     }
3862     ConstantInt *TableMask = ConstantInt::get(Mod.getContext(), MaskInt);
3864     // Get the TableIndex'th bit of the bitmask.
3865     // If this bit is 0 (meaning hole) jump to the default destination,
3866     // else continue with table lookup.
3867     IntegerType *MapTy = TableMask->getType();
3868     Value *MaskIndex = Builder.CreateZExtOrTrunc(TableIndex, MapTy,
3869                                                  "switch.maskindex");
3870     Value *Shifted = Builder.CreateLShr(TableMask, MaskIndex,
3871                                         "switch.shifted");
3872     Value *LoBit = Builder.CreateTrunc(Shifted,
3873                                        Type::getInt1Ty(Mod.getContext()),
3874                                        "switch.lobit");
3875     Builder.CreateCondBr(LoBit, LookupBB, SI->getDefaultDest());
3877     Builder.SetInsertPoint(LookupBB);
3878     AddPredecessorToBlock(SI->getDefaultDest(), MaskBB, SI->getParent());
3879   }
3881   bool ReturnedEarly = false;
3882   for (size_t I = 0, E = PHIs.size(); I != E; ++I) {
3883     PHINode *PHI = PHIs[I];
3885     // If using a bitmask, use any value to fill the lookup table holes.
3886     Constant *DV = NeedMask ? ResultLists[PHI][0].second : DefaultResults[PHI];
3887     SwitchLookupTable Table(Mod, TableSize, MinCaseVal, ResultLists[PHI],
3888                             DV, DL);
3890     Value *Result = Table.BuildLookup(TableIndex, TableSize, Builder);
3892     // If the result is used to return immediately from the function, we want to
3893     // do that right here.
3894     if (PHI->hasOneUse() && isa<ReturnInst>(*PHI->user_begin()) &&
3895         PHI->user_back() == CommonDest->getFirstNonPHIOrDbg()) {
3896       Builder.CreateRet(Result);
3897       ReturnedEarly = true;
3898       break;
3899     }
3901     PHI->addIncoming(Result, LookupBB);
3902   }
3904   if (!ReturnedEarly)
3905     Builder.CreateBr(CommonDest);
3907   // Remove the switch.
3908   for (unsigned i = 0, e = SI->getNumSuccessors(); i < e; ++i) {
3909     BasicBlock *Succ = SI->getSuccessor(i);
3911     if (Succ == SI->getDefaultDest())
3912       continue;
3913     Succ->removePredecessor(SI->getParent());
3914   }
3915   SI->eraseFromParent();
3917   ++NumLookupTables;
3918   if (NeedMask)
3919     ++NumLookupTablesHoles;
3920   return true;
3923 bool SimplifyCFGOpt::SimplifySwitch(SwitchInst *SI, IRBuilder<> &Builder) {
3924   BasicBlock *BB = SI->getParent();
3926   if (isValueEqualityComparison(SI)) {
3927     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
3928     // see if that predecessor totally determines the outcome of this switch.
3929     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
3930       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(SI, OnlyPred, Builder))
3931         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3933     Value *Cond = SI->getCondition();
3934     if (SelectInst *Select = dyn_cast<SelectInst>(Cond))
3935       if (SimplifySwitchOnSelect(SI, Select))
3936         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3938     // If the block only contains the switch, see if we can fold the block
3939     // away into any preds.
3940     BasicBlock::iterator BBI = BB->begin();
3941     // Ignore dbg intrinsics.
3942     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI))
3943       ++BBI;
3944     if (SI == &*BBI)
3945       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(SI, Builder))
3946         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3947   }
3949   // Try to transform the switch into an icmp and a branch.
3950   if (TurnSwitchRangeIntoICmp(SI, Builder))
3951     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3953   // Remove unreachable cases.
3954   if (EliminateDeadSwitchCases(SI))
3955     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3957   if (ForwardSwitchConditionToPHI(SI))
3958     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3960   if (SwitchToLookupTable(SI, Builder, TTI, DL))
3961     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3963   return false;
3966 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyIndirectBr(IndirectBrInst *IBI) {
3967   BasicBlock *BB = IBI->getParent();
3968   bool Changed = false;
3970   // Eliminate redundant destinations.
3971   SmallPtrSet<Value *, 8> Succs;
3972   for (unsigned i = 0, e = IBI->getNumDestinations(); i != e; ++i) {
3973     BasicBlock *Dest = IBI->getDestination(i);
3974     if (!Dest->hasAddressTaken() || !Succs.insert(Dest)) {
3975       Dest->removePredecessor(BB);
3976       IBI->removeDestination(i);
3977       --i; --e;
3978       Changed = true;
3979     }
3980   }
3982   if (IBI->getNumDestinations() == 0) {
3983     // If the indirectbr has no successors, change it to unreachable.
3984     new UnreachableInst(IBI->getContext(), IBI);
3985     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3986     return true;
3987   }
3989   if (IBI->getNumDestinations() == 1) {
3990     // If the indirectbr has one successor, change it to a direct branch.
3991     BranchInst::Create(IBI->getDestination(0), IBI);
3992     EraseTerminatorInstAndDCECond(IBI);
3993     return true;
3994   }
3996   if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(IBI->getAddress())) {
3997     if (SimplifyIndirectBrOnSelect(IBI, SI))
3998       return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
3999   }
4000   return Changed;
4003 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyUncondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder){
4004   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4006   if (SinkCommon && SinkThenElseCodeToEnd(BI))
4007     return true;
4009   // If the Terminator is the only non-phi instruction, simplify the block.
4010   BasicBlock::iterator I = BB->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime();
4011   if (I->isTerminator() && BB != &BB->getParent()->getEntryBlock() &&
4012       TryToSimplifyUncondBranchFromEmptyBlock(BB))
4013     return true;
4015   // If the only instruction in the block is a seteq/setne comparison
4016   // against a constant, try to simplify the block.
4017   if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(I))
4018     if (ICI->isEquality() && isa<ConstantInt>(ICI->getOperand(1))) {
4019       for (++I; isa<DbgInfoIntrinsic>(I); ++I)
4020         ;
4021       if (I->isTerminator() &&
4022           TryToSimplifyUncondBranchWithICmpInIt(ICI, Builder, TTI, DL))
4023         return true;
4024     }
4026   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4027   // branches to us and our successor, fold the comparison into the
4028   // predecessor and use logical operations to update the incoming value
4029   // for PHI nodes in common successor.
4030   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL))
4031     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4032   return false;
4036 bool SimplifyCFGOpt::SimplifyCondBranch(BranchInst *BI, IRBuilder<> &Builder) {
4037   BasicBlock *BB = BI->getParent();
4039   // Conditional branch
4040   if (isValueEqualityComparison(BI)) {
4041     // If we only have one predecessor, and if it is a branch on this value,
4042     // see if that predecessor totally determines the outcome of this
4043     // switch.
4044     if (BasicBlock *OnlyPred = BB->getSinglePredecessor())
4045       if (SimplifyEqualityComparisonWithOnlyPredecessor(BI, OnlyPred, Builder))
4046         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4048     // This block must be empty, except for the setcond inst, if it exists.
4049     // Ignore dbg intrinsics.
4050     BasicBlock::iterator I = BB->begin();
4051     // Ignore dbg intrinsics.
4052     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4053       ++I;
4054     if (&*I == BI) {
4055       if (FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4056         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4057     } else if (&*I == cast<Instruction>(BI->getCondition())){
4058       ++I;
4059       // Ignore dbg intrinsics.
4060       while (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
4061         ++I;
4062       if (&*I == BI && FoldValueComparisonIntoPredecessors(BI, Builder))
4063         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4064     }
4065   }
4067   // Try to turn "br (X == 0 | X == 1), T, F" into a switch instruction.
4068   if (SimplifyBranchOnICmpChain(BI, DL, Builder))
4069     return true;
4071   // If this basic block is ONLY a compare and a branch, and if a predecessor
4072   // branches to us and one of our successors, fold the comparison into the
4073   // predecessor and use logical operations to pick the right destination.
4074   if (FoldBranchToCommonDest(BI, DL))
4075     return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4077   // We have a conditional branch to two blocks that are only reachable
4078   // from BI.  We know that the condbr dominates the two blocks, so see if
4079   // there is any identical code in the "then" and "else" blocks.  If so, we
4080   // can hoist it up to the branching block.
4081   if (BI->getSuccessor(0)->getSinglePredecessor()) {
4082     if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4083       if (HoistThenElseCodeToIf(BI, DL))
4084         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4085     } else {
4086       // If Successor #1 has multiple preds, we may be able to conditionally
4087       // execute Successor #0 if it branches to Successor #1.
4088       TerminatorInst *Succ0TI = BI->getSuccessor(0)->getTerminator();
4089       if (Succ0TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4090           Succ0TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
4091         if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(0), DL))
4092           return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4093     }
4094   } else if (BI->getSuccessor(1)->getSinglePredecessor()) {
4095     // If Successor #0 has multiple preds, we may be able to conditionally
4096     // execute Successor #1 if it branches to Successor #0.
4097     TerminatorInst *Succ1TI = BI->getSuccessor(1)->getTerminator();
4098     if (Succ1TI->getNumSuccessors() == 1 &&
4099         Succ1TI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(0))
4100       if (SpeculativelyExecuteBB(BI, BI->getSuccessor(1), DL))
4101         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4102   }
4104   // If this is a branch on a phi node in the current block, thread control
4105   // through this block if any PHI node entries are constants.
4106   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BI->getCondition()))
4107     if (PN->getParent() == BI->getParent())
4108       if (FoldCondBranchOnPHI(BI, DL))
4109         return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4111   // Scan predecessor blocks for conditional branches.
4112   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI)
4113     if (BranchInst *PBI = dyn_cast<BranchInst>((*PI)->getTerminator()))
4114       if (PBI != BI && PBI->isConditional())
4115         if (SimplifyCondBranchToCondBranch(PBI, BI))
4116           return SimplifyCFG(BB, TTI, DL) | true;
4118   return false;
4121 /// Check if passing a value to an instruction will cause undefined behavior.
4122 static bool passingValueIsAlwaysUndefined(Value *V, Instruction *I) {
4123   Constant *C = dyn_cast<Constant>(V);
4124   if (!C)
4125     return false;
4127   if (I->use_empty())
4128     return false;
4130   if (C->isNullValue()) {
4131     // Only look at the first use, avoid hurting compile time with long uselists
4132     User *Use = *I->user_begin();
4134     // Now make sure that there are no instructions in between that can alter
4135     // control flow (eg. calls)
4136     for (BasicBlock::iterator i = ++BasicBlock::iterator(I); &*i != Use; ++i)
4137       if (i == I->getParent()->end() || i->mayHaveSideEffects())
4138         return false;
4140     // Look through GEPs. A load from a GEP derived from NULL is still undefined
4141     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Use))
4142       if (GEP->getPointerOperand() == I)
4143         return passingValueIsAlwaysUndefined(V, GEP);
4145     // Look through bitcasts.
4146     if (BitCastInst *BC = dyn_cast<BitCastInst>(Use))
4147       return passingValueIsAlwaysUndefined(V, BC);
4149     // Load from null is undefined.
4150     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(Use))
4151       if (!LI->isVolatile())
4152         return LI->getPointerAddressSpace() == 0;
4154     // Store to null is undefined.
4155     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Use))
4156       if (!SI->isVolatile())
4157         return SI->getPointerAddressSpace() == 0 && SI->getPointerOperand() == I;
4158   }
4159   return false;
4162 /// If BB has an incoming value that will always trigger undefined behavior
4163 /// (eg. null pointer dereference), remove the branch leading here.
4164 static bool removeUndefIntroducingPredecessor(BasicBlock *BB) {
4165   for (BasicBlock::iterator i = BB->begin();
4166        PHINode *PHI = dyn_cast<PHINode>(i); ++i)
4167     for (unsigned i = 0, e = PHI->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
4168       if (passingValueIsAlwaysUndefined(PHI->getIncomingValue(i), PHI)) {
4169         TerminatorInst *T = PHI->getIncomingBlock(i)->getTerminator();
4170         IRBuilder<> Builder(T);
4171         if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(T)) {
4172           BB->removePredecessor(PHI->getIncomingBlock(i));
4173           // Turn uncoditional branches into unreachables and remove the dead
4174           // destination from conditional branches.
4175           if (BI->isUnconditional())
4176             Builder.CreateUnreachable();
4177           else
4178             Builder.CreateBr(BI->getSuccessor(0) == BB ? BI->getSuccessor(1) :
4179                                                          BI->getSuccessor(0));
4180           BI->eraseFromParent();
4181           return true;
4182         }
4183         // TODO: SwitchInst.
4184       }
4186   return false;
4189 bool SimplifyCFGOpt::run(BasicBlock *BB) {
4190   bool Changed = false;
4192   assert(BB && BB->getParent() && "Block not embedded in function!");
4193   assert(BB->getTerminator() && "Degenerate basic block encountered!");
4195   // Remove basic blocks that have no predecessors (except the entry block)...
4196   // or that just have themself as a predecessor.  These are unreachable.
4197   if ((pred_begin(BB) == pred_end(BB) &&
4198        BB != &BB->getParent()->getEntryBlock()) ||
4199       BB->getSinglePredecessor() == BB) {
4200     DEBUG(dbgs() << "Removing BB: \n" << *BB);
4201     DeleteDeadBlock(BB);
4202     return true;
4203   }
4205   // Check to see if we can constant propagate this terminator instruction
4206   // away...
4207   Changed |= ConstantFoldTerminator(BB, true);
4209   // Check for and eliminate duplicate PHI nodes in this block.
4210   Changed |= EliminateDuplicatePHINodes(BB);
4212   // Check for and remove branches that will always cause undefined behavior.
4213   Changed |= removeUndefIntroducingPredecessor(BB);
4215   // Merge basic blocks into their predecessor if there is only one distinct
4216   // pred, and if there is only one distinct successor of the predecessor, and
4217   // if there are no PHI nodes.
4218   //
4219   if (MergeBlockIntoPredecessor(BB))
4220     return true;
4222   IRBuilder<> Builder(BB);
4224   // If there is a trivial two-entry PHI node in this basic block, and we can
4225   // eliminate it, do so now.
4226   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(BB->begin()))
4227     if (PN->getNumIncomingValues() == 2)
4228       Changed |= FoldTwoEntryPHINode(PN, DL);
4230   Builder.SetInsertPoint(BB->getTerminator());
4231   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BB->getTerminator())) {
4232     if (BI->isUnconditional()) {
4233       if (SimplifyUncondBranch(BI, Builder)) return true;
4234     } else {
4235       if (SimplifyCondBranch(BI, Builder)) return true;
4236     }
4237   } else if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator())) {
4238     if (SimplifyReturn(RI, Builder)) return true;
4239   } else if (ResumeInst *RI = dyn_cast<ResumeInst>(BB->getTerminator())) {
4240     if (SimplifyResume(RI, Builder)) return true;
4241   } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(BB->getTerminator())) {
4242     if (SimplifySwitch(SI, Builder)) return true;
4243   } else if (UnreachableInst *UI =
4244                dyn_cast<UnreachableInst>(BB->getTerminator())) {
4245     if (SimplifyUnreachable(UI)) return true;
4246   } else if (IndirectBrInst *IBI =
4247                dyn_cast<IndirectBrInst>(BB->getTerminator())) {
4248     if (SimplifyIndirectBr(IBI)) return true;
4249   }
4251   return Changed;
4254 /// SimplifyCFG - This function is used to do simplification of a CFG.  For
4255 /// example, it adjusts branches to branches to eliminate the extra hop, it
4256 /// eliminates unreachable basic blocks, and does other "peephole" optimization
4257 /// of the CFG.  It returns true if a modification was made.
4258 ///
4259 bool llvm::SimplifyCFG(BasicBlock *BB, const TargetTransformInfo &TTI,
4260                        const DataLayout *DL) {
4261   return SimplifyCFGOpt(TTI, DL).run(BB);