]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Transforms/Scalar/GVN.cpp
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Transforms / Scalar / GVN.cpp
1 //===- GVN.cpp - Eliminate redundant values and loads ---------------------===//
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 // This pass performs global value numbering to eliminate fully redundant
11 // instructions.  It also performs simple dead load elimination.
12 //
13 // Note that this pass does the value numbering itself; it does not use the
14 // ValueNumbering analysis passes.
15 //
16 //===----------------------------------------------------------------------===//
17
18 #include "llvm/Transforms/Scalar/GVN.h"
19 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
20 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
21 #include "llvm/ADT/Hashing.h"
22 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
23 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
24 #include "llvm/ADT/PostOrderIterator.h"
25 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
26 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
27 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
28 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
29 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
30 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
31 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
32 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
33 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
34 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
35 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
36 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
37 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
38 #include "llvm/Analysis/OptimizationRemarkEmitter.h"
39 #include "llvm/Analysis/PHITransAddr.h"
40 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
41 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
42 #include "llvm/Config/llvm-config.h"
43 #include "llvm/IR/Attributes.h"
44 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
45 #include "llvm/IR/CallSite.h"
46 #include "llvm/IR/Constant.h"
47 #include "llvm/IR/Constants.h"
48 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
49 #include "llvm/IR/DebugLoc.h"
50 #include "llvm/IR/DomTreeUpdater.h"
51 #include "llvm/IR/Dominators.h"
52 #include "llvm/IR/Function.h"
53 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
54 #include "llvm/IR/Instruction.h"
55 #include "llvm/IR/Instructions.h"
56 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
57 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
58 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
59 #include "llvm/IR/Metadata.h"
60 #include "llvm/IR/Module.h"
61 #include "llvm/IR/Operator.h"
62 #include "llvm/IR/PassManager.h"
63 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
64 #include "llvm/IR/Type.h"
65 #include "llvm/IR/Use.h"
66 #include "llvm/IR/Value.h"
67 #include "llvm/Pass.h"
68 #include "llvm/Support/Casting.h"
69 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
70 #include "llvm/Support/Compiler.h"
71 #include "llvm/Support/Debug.h"
72 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
73 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
74 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
75 #include "llvm/Transforms/Utils/SSAUpdater.h"
76 #include "llvm/Transforms/Utils/VNCoercion.h"
77 #include <algorithm>
78 #include <cassert>
79 #include <cstdint>
80 #include <utility>
81 #include <vector>
82
83 using namespace llvm;
84 using namespace llvm::gvn;
85 using namespace llvm::VNCoercion;
86 using namespace PatternMatch;
87
88 #define DEBUG_TYPE "gvn"
89
90 STATISTIC(NumGVNInstr,  "Number of instructions deleted");
91 STATISTIC(NumGVNLoad,   "Number of loads deleted");
92 STATISTIC(NumGVNPRE,    "Number of instructions PRE'd");
93 STATISTIC(NumGVNBlocks, "Number of blocks merged");
94 STATISTIC(NumGVNSimpl,  "Number of instructions simplified");
95 STATISTIC(NumGVNEqProp, "Number of equalities propagated");
96 STATISTIC(NumPRELoad,   "Number of loads PRE'd");
97
98 static cl::opt<bool> EnablePRE("enable-pre",
99                                cl::init(true), cl::Hidden);
100 static cl::opt<bool> EnableLoadPRE("enable-load-pre", cl::init(true));
101 static cl::opt<bool> EnableMemDep("enable-gvn-memdep", cl::init(true));
102
103 // Maximum allowed recursion depth.
104 static cl::opt<uint32_t>
105 MaxRecurseDepth("gvn-max-recurse-depth", cl::Hidden, cl::init(1000), cl::ZeroOrMore,
106                 cl::desc("Max recurse depth in GVN (default = 1000)"));
107
108 static cl::opt<uint32_t> MaxNumDeps(
109     "gvn-max-num-deps", cl::Hidden, cl::init(100), cl::ZeroOrMore,
110     cl::desc("Max number of dependences to attempt Load PRE (default = 100)"));
111
112 struct llvm::GVN::Expression {
113   uint32_t opcode;
114   Type *type;
115   bool commutative = false;
116   SmallVector<uint32_t, 4> varargs;
117
118   Expression(uint32_t o = ~2U) : opcode(o) {}
119
120   bool operator==(const Expression &other) const {
121     if (opcode != other.opcode)
122       return false;
123     if (opcode == ~0U || opcode == ~1U)
124       return true;
125     if (type != other.type)
126       return false;
127     if (varargs != other.varargs)
128       return false;
129     return true;
130   }
131
132   friend hash_code hash_value(const Expression &Value) {
133     return hash_combine(
134         Value.opcode, Value.type,
135         hash_combine_range(Value.varargs.begin(), Value.varargs.end()));
136   }
137 };
138
139 namespace llvm {
140
141 template <> struct DenseMapInfo<GVN::Expression> {
142   static inline GVN::Expression getEmptyKey() { return ~0U; }
143   static inline GVN::Expression getTombstoneKey() { return ~1U; }
144
145   static unsigned getHashValue(const GVN::Expression &e) {
146     using llvm::hash_value;
147
148     return static_cast<unsigned>(hash_value(e));
149   }
150
151   static bool isEqual(const GVN::Expression &LHS, const GVN::Expression &RHS) {
152     return LHS == RHS;
153   }
154 };
155
156 } // end namespace llvm
157
158 /// Represents a particular available value that we know how to materialize.
159 /// Materialization of an AvailableValue never fails.  An AvailableValue is
160 /// implicitly associated with a rematerialization point which is the
161 /// location of the instruction from which it was formed.
162 struct llvm::gvn::AvailableValue {
163   enum ValType {
164     SimpleVal, // A simple offsetted value that is accessed.
165     LoadVal,   // A value produced by a load.
166     MemIntrin, // A memory intrinsic which is loaded from.
167     UndefVal   // A UndefValue representing a value from dead block (which
168                // is not yet physically removed from the CFG).
169   };
170
171   /// V - The value that is live out of the block.
172   PointerIntPair<Value *, 2, ValType> Val;
173
174   /// Offset - The byte offset in Val that is interesting for the load query.
175   unsigned Offset;
176
177   static AvailableValue get(Value *V, unsigned Offset = 0) {
178     AvailableValue Res;
179     Res.Val.setPointer(V);
180     Res.Val.setInt(SimpleVal);
181     Res.Offset = Offset;
182     return Res;
183   }
184
185   static AvailableValue getMI(MemIntrinsic *MI, unsigned Offset = 0) {
186     AvailableValue Res;
187     Res.Val.setPointer(MI);
188     Res.Val.setInt(MemIntrin);
189     Res.Offset = Offset;
190     return Res;
191   }
192
193   static AvailableValue getLoad(LoadInst *LI, unsigned Offset = 0) {
194     AvailableValue Res;
195     Res.Val.setPointer(LI);
196     Res.Val.setInt(LoadVal);
197     Res.Offset = Offset;
198     return Res;
199   }
200
201   static AvailableValue getUndef() {
202     AvailableValue Res;
203     Res.Val.setPointer(nullptr);
204     Res.Val.setInt(UndefVal);
205     Res.Offset = 0;
206     return Res;
207   }
208
209   bool isSimpleValue() const { return Val.getInt() == SimpleVal; }
210   bool isCoercedLoadValue() const { return Val.getInt() == LoadVal; }
211   bool isMemIntrinValue() const { return Val.getInt() == MemIntrin; }
212   bool isUndefValue() const { return Val.getInt() == UndefVal; }
213
214   Value *getSimpleValue() const {
215     assert(isSimpleValue() && "Wrong accessor");
216     return Val.getPointer();
217   }
218
219   LoadInst *getCoercedLoadValue() const {
220     assert(isCoercedLoadValue() && "Wrong accessor");
221     return cast<LoadInst>(Val.getPointer());
222   }
223
224   MemIntrinsic *getMemIntrinValue() const {
225     assert(isMemIntrinValue() && "Wrong accessor");
226     return cast<MemIntrinsic>(Val.getPointer());
227   }
228
229   /// Emit code at the specified insertion point to adjust the value defined
230   /// here to the specified type. This handles various coercion cases.
231   Value *MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI, Instruction *InsertPt,
232                                   GVN &gvn) const;
233 };
234
235 /// Represents an AvailableValue which can be rematerialized at the end of
236 /// the associated BasicBlock.
237 struct llvm::gvn::AvailableValueInBlock {
238   /// BB - The basic block in question.
239   BasicBlock *BB;
240
241   /// AV - The actual available value
242   AvailableValue AV;
243
244   static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, AvailableValue &&AV) {
245     AvailableValueInBlock Res;
246     Res.BB = BB;
247     Res.AV = std::move(AV);
248     return Res;
249   }
250
251   static AvailableValueInBlock get(BasicBlock *BB, Value *V,
252                                    unsigned Offset = 0) {
253     return get(BB, AvailableValue::get(V, Offset));
254   }
255
256   static AvailableValueInBlock getUndef(BasicBlock *BB) {
257     return get(BB, AvailableValue::getUndef());
258   }
259
260   /// Emit code at the end of this block to adjust the value defined here to
261   /// the specified type. This handles various coercion cases.
262   Value *MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI, GVN &gvn) const {
263     return AV.MaterializeAdjustedValue(LI, BB->getTerminator(), gvn);
264   }
265 };
266
267 //===----------------------------------------------------------------------===//
268 //                     ValueTable Internal Functions
269 //===----------------------------------------------------------------------===//
270
271 GVN::Expression GVN::ValueTable::createExpr(Instruction *I) {
272   Expression e;
273   e.type = I->getType();
274   e.opcode = I->getOpcode();
275   for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
276        OI != OE; ++OI)
277     e.varargs.push_back(lookupOrAdd(*OI));
278   if (I->isCommutative()) {
279     // Ensure that commutative instructions that only differ by a permutation
280     // of their operands get the same value number by sorting the operand value
281     // numbers.  Since all commutative instructions have two operands it is more
282     // efficient to sort by hand rather than using, say, std::sort.
283     assert(I->getNumOperands() == 2 && "Unsupported commutative instruction!");
284     if (e.varargs[0] > e.varargs[1])
285       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
286     e.commutative = true;
287   }
288
289   if (CmpInst *C = dyn_cast<CmpInst>(I)) {
290     // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
291     CmpInst::Predicate Predicate = C->getPredicate();
292     if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
293       std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
294       Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
295     }
296     e.opcode = (C->getOpcode() << 8) | Predicate;
297     e.commutative = true;
298   } else if (InsertValueInst *E = dyn_cast<InsertValueInst>(I)) {
299     for (InsertValueInst::idx_iterator II = E->idx_begin(), IE = E->idx_end();
300          II != IE; ++II)
301       e.varargs.push_back(*II);
302   }
303
304   return e;
305 }
306
307 GVN::Expression GVN::ValueTable::createCmpExpr(unsigned Opcode,
308                                                CmpInst::Predicate Predicate,
309                                                Value *LHS, Value *RHS) {
310   assert((Opcode == Instruction::ICmp || Opcode == Instruction::FCmp) &&
311          "Not a comparison!");
312   Expression e;
313   e.type = CmpInst::makeCmpResultType(LHS->getType());
314   e.varargs.push_back(lookupOrAdd(LHS));
315   e.varargs.push_back(lookupOrAdd(RHS));
316
317   // Sort the operand value numbers so x<y and y>x get the same value number.
318   if (e.varargs[0] > e.varargs[1]) {
319     std::swap(e.varargs[0], e.varargs[1]);
320     Predicate = CmpInst::getSwappedPredicate(Predicate);
321   }
322   e.opcode = (Opcode << 8) | Predicate;
323   e.commutative = true;
324   return e;
325 }
326
327 GVN::Expression GVN::ValueTable::createExtractvalueExpr(ExtractValueInst *EI) {
328   assert(EI && "Not an ExtractValueInst?");
329   Expression e;
330   e.type = EI->getType();
331   e.opcode = 0;
332
333   IntrinsicInst *I = dyn_cast<IntrinsicInst>(EI->getAggregateOperand());
334   if (I != nullptr && EI->getNumIndices() == 1 && *EI->idx_begin() == 0 ) {
335     // EI might be an extract from one of our recognised intrinsics. If it
336     // is we'll synthesize a semantically equivalent expression instead on
337     // an extract value expression.
338     switch (I->getIntrinsicID()) {
339       case Intrinsic::sadd_with_overflow:
340       case Intrinsic::uadd_with_overflow:
341         e.opcode = Instruction::Add;
342         break;
343       case Intrinsic::ssub_with_overflow:
344       case Intrinsic::usub_with_overflow:
345         e.opcode = Instruction::Sub;
346         break;
347       case Intrinsic::smul_with_overflow:
348       case Intrinsic::umul_with_overflow:
349         e.opcode = Instruction::Mul;
350         break;
351       default:
352         break;
353     }
354
355     if (e.opcode != 0) {
356       // Intrinsic recognized. Grab its args to finish building the expression.
357       assert(I->getNumArgOperands() == 2 &&
358              "Expect two args for recognised intrinsics.");
359       e.varargs.push_back(lookupOrAdd(I->getArgOperand(0)));
360       e.varargs.push_back(lookupOrAdd(I->getArgOperand(1)));
361       return e;
362     }
363   }
364
365   // Not a recognised intrinsic. Fall back to producing an extract value
366   // expression.
367   e.opcode = EI->getOpcode();
368   for (Instruction::op_iterator OI = EI->op_begin(), OE = EI->op_end();
369        OI != OE; ++OI)
370     e.varargs.push_back(lookupOrAdd(*OI));
371
372   for (ExtractValueInst::idx_iterator II = EI->idx_begin(), IE = EI->idx_end();
373          II != IE; ++II)
374     e.varargs.push_back(*II);
375
376   return e;
377 }
378
379 //===----------------------------------------------------------------------===//
380 //                     ValueTable External Functions
381 //===----------------------------------------------------------------------===//
382
383 GVN::ValueTable::ValueTable() = default;
384 GVN::ValueTable::ValueTable(const ValueTable &) = default;
385 GVN::ValueTable::ValueTable(ValueTable &&) = default;
386 GVN::ValueTable::~ValueTable() = default;
387
388 /// add - Insert a value into the table with a specified value number.
389 void GVN::ValueTable::add(Value *V, uint32_t num) {
390   valueNumbering.insert(std::make_pair(V, num));
391   if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V))
392     NumberingPhi[num] = PN;
393 }
394
395 uint32_t GVN::ValueTable::lookupOrAddCall(CallInst *C) {
396   if (AA->doesNotAccessMemory(C)) {
397     Expression exp = createExpr(C);
398     uint32_t e = assignExpNewValueNum(exp).first;
399     valueNumbering[C] = e;
400     return e;
401   } else if (MD && AA->onlyReadsMemory(C)) {
402     Expression exp = createExpr(C);
403     auto ValNum = assignExpNewValueNum(exp);
404     if (ValNum.second) {
405       valueNumbering[C] = ValNum.first;
406       return ValNum.first;
407     }
408
409     MemDepResult local_dep = MD->getDependency(C);
410
411     if (!local_dep.isDef() && !local_dep.isNonLocal()) {
412       valueNumbering[C] =  nextValueNumber;
413       return nextValueNumber++;
414     }
415
416     if (local_dep.isDef()) {
417       CallInst* local_cdep = cast<CallInst>(local_dep.getInst());
418
419       if (local_cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
420         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
421         return nextValueNumber++;
422       }
423
424       for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
425         uint32_t c_vn = lookupOrAdd(C->getArgOperand(i));
426         uint32_t cd_vn = lookupOrAdd(local_cdep->getArgOperand(i));
427         if (c_vn != cd_vn) {
428           valueNumbering[C] = nextValueNumber;
429           return nextValueNumber++;
430         }
431       }
432
433       uint32_t v = lookupOrAdd(local_cdep);
434       valueNumbering[C] = v;
435       return v;
436     }
437
438     // Non-local case.
439     const MemoryDependenceResults::NonLocalDepInfo &deps =
440         MD->getNonLocalCallDependency(C);
441     // FIXME: Move the checking logic to MemDep!
442     CallInst* cdep = nullptr;
443
444     // Check to see if we have a single dominating call instruction that is
445     // identical to C.
446     for (unsigned i = 0, e = deps.size(); i != e; ++i) {
447       const NonLocalDepEntry *I = &deps[i];
448       if (I->getResult().isNonLocal())
449         continue;
450
451       // We don't handle non-definitions.  If we already have a call, reject
452       // instruction dependencies.
453       if (!I->getResult().isDef() || cdep != nullptr) {
454         cdep = nullptr;
455         break;
456       }
457
458       CallInst *NonLocalDepCall = dyn_cast<CallInst>(I->getResult().getInst());
459       // FIXME: All duplicated with non-local case.
460       if (NonLocalDepCall && DT->properlyDominates(I->getBB(), C->getParent())){
461         cdep = NonLocalDepCall;
462         continue;
463       }
464
465       cdep = nullptr;
466       break;
467     }
468
469     if (!cdep) {
470       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
471       return nextValueNumber++;
472     }
473
474     if (cdep->getNumArgOperands() != C->getNumArgOperands()) {
475       valueNumbering[C] = nextValueNumber;
476       return nextValueNumber++;
477     }
478     for (unsigned i = 0, e = C->getNumArgOperands(); i < e; ++i) {
479       uint32_t c_vn = lookupOrAdd(C->getArgOperand(i));
480       uint32_t cd_vn = lookupOrAdd(cdep->getArgOperand(i));
481       if (c_vn != cd_vn) {
482         valueNumbering[C] = nextValueNumber;
483         return nextValueNumber++;
484       }
485     }
486
487     uint32_t v = lookupOrAdd(cdep);
488     valueNumbering[C] = v;
489     return v;
490   } else {
491     valueNumbering[C] = nextValueNumber;
492     return nextValueNumber++;
493   }
494 }
495
496 /// Returns true if a value number exists for the specified value.
497 bool GVN::ValueTable::exists(Value *V) const { return valueNumbering.count(V) != 0; }
498
499 /// lookup_or_add - Returns the value number for the specified value, assigning
500 /// it a new number if it did not have one before.
501 uint32_t GVN::ValueTable::lookupOrAdd(Value *V) {
502   DenseMap<Value*, uint32_t>::iterator VI = valueNumbering.find(V);
503   if (VI != valueNumbering.end())
504     return VI->second;
505
506   if (!isa<Instruction>(V)) {
507     valueNumbering[V] = nextValueNumber;
508     return nextValueNumber++;
509   }
510
511   Instruction* I = cast<Instruction>(V);
512   Expression exp;
513   switch (I->getOpcode()) {
514     case Instruction::Call:
515       return lookupOrAddCall(cast<CallInst>(I));
516     case Instruction::Add:
517     case Instruction::FAdd:
518     case Instruction::Sub:
519     case Instruction::FSub:
520     case Instruction::Mul:
521     case Instruction::FMul:
522     case Instruction::UDiv:
523     case Instruction::SDiv:
524     case Instruction::FDiv:
525     case Instruction::URem:
526     case Instruction::SRem:
527     case Instruction::FRem:
528     case Instruction::Shl:
529     case Instruction::LShr:
530     case Instruction::AShr:
531     case Instruction::And:
532     case Instruction::Or:
533     case Instruction::Xor:
534     case Instruction::ICmp:
535     case Instruction::FCmp:
536     case Instruction::Trunc:
537     case Instruction::ZExt:
538     case Instruction::SExt:
539     case Instruction::FPToUI:
540     case Instruction::FPToSI:
541     case Instruction::UIToFP:
542     case Instruction::SIToFP:
543     case Instruction::FPTrunc:
544     case Instruction::FPExt:
545     case Instruction::PtrToInt:
546     case Instruction::IntToPtr:
547     case Instruction::BitCast:
548     case Instruction::Select:
549     case Instruction::ExtractElement:
550     case Instruction::InsertElement:
551     case Instruction::ShuffleVector:
552     case Instruction::InsertValue:
553     case Instruction::GetElementPtr:
554       exp = createExpr(I);
555       break;
556     case Instruction::ExtractValue:
557       exp = createExtractvalueExpr(cast<ExtractValueInst>(I));
558       break;
559     case Instruction::PHI:
560       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
561       NumberingPhi[nextValueNumber] = cast<PHINode>(V);
562       return nextValueNumber++;
563     default:
564       valueNumbering[V] = nextValueNumber;
565       return nextValueNumber++;
566   }
567
568   uint32_t e = assignExpNewValueNum(exp).first;
569   valueNumbering[V] = e;
570   return e;
571 }
572
573 /// Returns the value number of the specified value. Fails if
574 /// the value has not yet been numbered.
575 uint32_t GVN::ValueTable::lookup(Value *V, bool Verify) const {
576   DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator VI = valueNumbering.find(V);
577   if (Verify) {
578     assert(VI != valueNumbering.end() && "Value not numbered?");
579     return VI->second;
580   }
581   return (VI != valueNumbering.end()) ? VI->second : 0;
582 }
583
584 /// Returns the value number of the given comparison,
585 /// assigning it a new number if it did not have one before.  Useful when
586 /// we deduced the result of a comparison, but don't immediately have an
587 /// instruction realizing that comparison to hand.
588 uint32_t GVN::ValueTable::lookupOrAddCmp(unsigned Opcode,
589                                          CmpInst::Predicate Predicate,
590                                          Value *LHS, Value *RHS) {
591   Expression exp = createCmpExpr(Opcode, Predicate, LHS, RHS);
592   return assignExpNewValueNum(exp).first;
593 }
594
595 /// Remove all entries from the ValueTable.
596 void GVN::ValueTable::clear() {
597   valueNumbering.clear();
598   expressionNumbering.clear();
599   NumberingPhi.clear();
600   PhiTranslateTable.clear();
601   nextValueNumber = 1;
602   Expressions.clear();
603   ExprIdx.clear();
604   nextExprNumber = 0;
605 }
606
607 /// Remove a value from the value numbering.
608 void GVN::ValueTable::erase(Value *V) {
609   uint32_t Num = valueNumbering.lookup(V);
610   valueNumbering.erase(V);
611   // If V is PHINode, V <--> value number is an one-to-one mapping.
612   if (isa<PHINode>(V))
613     NumberingPhi.erase(Num);
614 }
615
616 /// verifyRemoved - Verify that the value is removed from all internal data
617 /// structures.
618 void GVN::ValueTable::verifyRemoved(const Value *V) const {
619   for (DenseMap<Value*, uint32_t>::const_iterator
620          I = valueNumbering.begin(), E = valueNumbering.end(); I != E; ++I) {
621     assert(I->first != V && "Inst still occurs in value numbering map!");
622   }
623 }
624
625 //===----------------------------------------------------------------------===//
626 //                                GVN Pass
627 //===----------------------------------------------------------------------===//
628
629 PreservedAnalyses GVN::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
630   // FIXME: The order of evaluation of these 'getResult' calls is very
631   // significant! Re-ordering these variables will cause GVN when run alone to
632   // be less effective! We should fix memdep and basic-aa to not exhibit this
633   // behavior, but until then don't change the order here.
634   auto &AC = AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
635   auto &DT = AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
636   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
637   auto &AA = AM.getResult<AAManager>(F);
638   auto &MemDep = AM.getResult<MemoryDependenceAnalysis>(F);
639   auto *LI = AM.getCachedResult<LoopAnalysis>(F);
640   auto &ORE = AM.getResult<OptimizationRemarkEmitterAnalysis>(F);
641   bool Changed = runImpl(F, AC, DT, TLI, AA, &MemDep, LI, &ORE);
642   if (!Changed)
643     return PreservedAnalyses::all();
644   PreservedAnalyses PA;
645   PA.preserve<DominatorTreeAnalysis>();
646   PA.preserve<GlobalsAA>();
647   PA.preserve<TargetLibraryAnalysis>();
648   return PA;
649 }
650
651 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
652 LLVM_DUMP_METHOD void GVN::dump(DenseMap<uint32_t, Value*>& d) const {
653   errs() << "{\n";
654   for (DenseMap<uint32_t, Value*>::iterator I = d.begin(),
655        E = d.end(); I != E; ++I) {
656       errs() << I->first << "\n";
657       I->second->dump();
658   }
659   errs() << "}\n";
660 }
661 #endif
662
663 /// Return true if we can prove that the value
664 /// we're analyzing is fully available in the specified block.  As we go, keep
665 /// track of which blocks we know are fully alive in FullyAvailableBlocks.  This
666 /// map is actually a tri-state map with the following values:
667 ///   0) we know the block *is not* fully available.
668 ///   1) we know the block *is* fully available.
669 ///   2) we do not know whether the block is fully available or not, but we are
670 ///      currently speculating that it will be.
671 ///   3) we are speculating for this block and have used that to speculate for
672 ///      other blocks.
673 static bool IsValueFullyAvailableInBlock(BasicBlock *BB,
674                             DenseMap<BasicBlock*, char> &FullyAvailableBlocks,
675                             uint32_t RecurseDepth) {
676   if (RecurseDepth > MaxRecurseDepth)
677     return false;
678
679   // Optimistically assume that the block is fully available and check to see
680   // if we already know about this block in one lookup.
681   std::pair<DenseMap<BasicBlock*, char>::iterator, bool> IV =
682     FullyAvailableBlocks.insert(std::make_pair(BB, 2));
683
684   // If the entry already existed for this block, return the precomputed value.
685   if (!IV.second) {
686     // If this is a speculative "available" value, mark it as being used for
687     // speculation of other blocks.
688     if (IV.first->second == 2)
689       IV.first->second = 3;
690     return IV.first->second != 0;
691   }
692
693   // Otherwise, see if it is fully available in all predecessors.
694   pred_iterator PI = pred_begin(BB), PE = pred_end(BB);
695
696   // If this block has no predecessors, it isn't live-in here.
697   if (PI == PE)
698     goto SpeculationFailure;
699
700   for (; PI != PE; ++PI)
701     // If the value isn't fully available in one of our predecessors, then it
702     // isn't fully available in this block either.  Undo our previous
703     // optimistic assumption and bail out.
704     if (!IsValueFullyAvailableInBlock(*PI, FullyAvailableBlocks,RecurseDepth+1))
705       goto SpeculationFailure;
706
707   return true;
708
709 // If we get here, we found out that this is not, after
710 // all, a fully-available block.  We have a problem if we speculated on this and
711 // used the speculation to mark other blocks as available.
712 SpeculationFailure:
713   char &BBVal = FullyAvailableBlocks[BB];
714
715   // If we didn't speculate on this, just return with it set to false.
716   if (BBVal == 2) {
717     BBVal = 0;
718     return false;
719   }
720
721   // If we did speculate on this value, we could have blocks set to 1 that are
722   // incorrect.  Walk the (transitive) successors of this block and mark them as
723   // 0 if set to one.
724   SmallVector<BasicBlock*, 32> BBWorklist;
725   BBWorklist.push_back(BB);
726
727   do {
728     BasicBlock *Entry = BBWorklist.pop_back_val();
729     // Note that this sets blocks to 0 (unavailable) if they happen to not
730     // already be in FullyAvailableBlocks.  This is safe.
731     char &EntryVal = FullyAvailableBlocks[Entry];
732     if (EntryVal == 0) continue;  // Already unavailable.
733
734     // Mark as unavailable.
735     EntryVal = 0;
736
737     BBWorklist.append(succ_begin(Entry), succ_end(Entry));
738   } while (!BBWorklist.empty());
739
740   return false;
741 }
742
743 /// Given a set of loads specified by ValuesPerBlock,
744 /// construct SSA form, allowing us to eliminate LI.  This returns the value
745 /// that should be used at LI's definition site.
746 static Value *ConstructSSAForLoadSet(LoadInst *LI,
747                          SmallVectorImpl<AvailableValueInBlock> &ValuesPerBlock,
748                                      GVN &gvn) {
749   // Check for the fully redundant, dominating load case.  In this case, we can
750   // just use the dominating value directly.
751   if (ValuesPerBlock.size() == 1 &&
752       gvn.getDominatorTree().properlyDominates(ValuesPerBlock[0].BB,
753                                                LI->getParent())) {
754     assert(!ValuesPerBlock[0].AV.isUndefValue() &&
755            "Dead BB dominate this block");
756     return ValuesPerBlock[0].MaterializeAdjustedValue(LI, gvn);
757   }
758
759   // Otherwise, we have to construct SSA form.
760   SmallVector<PHINode*, 8> NewPHIs;
761   SSAUpdater SSAUpdate(&NewPHIs);
762   SSAUpdate.Initialize(LI->getType(), LI->getName());
763
764   for (const AvailableValueInBlock &AV : ValuesPerBlock) {
765     BasicBlock *BB = AV.BB;
766
767     if (SSAUpdate.HasValueForBlock(BB))
768       continue;
769
770     // If the value is the load that we will be eliminating, and the block it's
771     // available in is the block that the load is in, then don't add it as
772     // SSAUpdater will resolve the value to the relevant phi which may let it
773     // avoid phi construction entirely if there's actually only one value.
774     if (BB == LI->getParent() &&
775         ((AV.AV.isSimpleValue() && AV.AV.getSimpleValue() == LI) ||
776          (AV.AV.isCoercedLoadValue() && AV.AV.getCoercedLoadValue() == LI)))
777       continue;
778
779     SSAUpdate.AddAvailableValue(BB, AV.MaterializeAdjustedValue(LI, gvn));
780   }
781
782   // Perform PHI construction.
783   return SSAUpdate.GetValueInMiddleOfBlock(LI->getParent());
784 }
785
786 Value *AvailableValue::MaterializeAdjustedValue(LoadInst *LI,
787                                                 Instruction *InsertPt,
788                                                 GVN &gvn) const {
789   Value *Res;
790   Type *LoadTy = LI->getType();
791   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
792   if (isSimpleValue()) {
793     Res = getSimpleValue();
794     if (Res->getType() != LoadTy) {
795       Res = getStoreValueForLoad(Res, Offset, LoadTy, InsertPt, DL);
796
797       LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL VAL:\nOffset: " << Offset
798                         << "  " << *getSimpleValue() << '\n'
799                         << *Res << '\n'
800                         << "\n\n\n");
801     }
802   } else if (isCoercedLoadValue()) {
803     LoadInst *Load = getCoercedLoadValue();
804     if (Load->getType() == LoadTy && Offset == 0) {
805       Res = Load;
806     } else {
807       Res = getLoadValueForLoad(Load, Offset, LoadTy, InsertPt, DL);
808       // We would like to use gvn.markInstructionForDeletion here, but we can't
809       // because the load is already memoized into the leader map table that GVN
810       // tracks.  It is potentially possible to remove the load from the table,
811       // but then there all of the operations based on it would need to be
812       // rehashed.  Just leave the dead load around.
813       gvn.getMemDep().removeInstruction(Load);
814       LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL LOAD:\nOffset: " << Offset
815                         << "  " << *getCoercedLoadValue() << '\n'
816                         << *Res << '\n'
817                         << "\n\n\n");
818     }
819   } else if (isMemIntrinValue()) {
820     Res = getMemInstValueForLoad(getMemIntrinValue(), Offset, LoadTy,
821                                  InsertPt, DL);
822     LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL MEM INTRIN:\nOffset: " << Offset
823                       << "  " << *getMemIntrinValue() << '\n'
824                       << *Res << '\n'
825                       << "\n\n\n");
826   } else {
827     assert(isUndefValue() && "Should be UndefVal");
828     LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN COERCED NONLOCAL Undef:\n";);
829     return UndefValue::get(LoadTy);
830   }
831   assert(Res && "failed to materialize?");
832   return Res;
833 }
834
835 static bool isLifetimeStart(const Instruction *Inst) {
836   if (const IntrinsicInst* II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst))
837     return II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start;
838   return false;
839 }
840
841 /// Try to locate the three instruction involved in a missed
842 /// load-elimination case that is due to an intervening store.
843 static void reportMayClobberedLoad(LoadInst *LI, MemDepResult DepInfo,
844                                    DominatorTree *DT,
845                                    OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
846   using namespace ore;
847
848   User *OtherAccess = nullptr;
849
850   OptimizationRemarkMissed R(DEBUG_TYPE, "LoadClobbered", LI);
851   R << "load of type " << NV("Type", LI->getType()) << " not eliminated"
852     << setExtraArgs();
853
854   for (auto *U : LI->getPointerOperand()->users())
855     if (U != LI && (isa<LoadInst>(U) || isa<StoreInst>(U)) &&
856         DT->dominates(cast<Instruction>(U), LI)) {
857       // FIXME: for now give up if there are multiple memory accesses that
858       // dominate the load.  We need further analysis to decide which one is
859       // that we're forwarding from.
860       if (OtherAccess)
861         OtherAccess = nullptr;
862       else
863         OtherAccess = U;
864     }
865
866   if (OtherAccess)
867     R << " in favor of " << NV("OtherAccess", OtherAccess);
868
869   R << " because it is clobbered by " << NV("ClobberedBy", DepInfo.getInst());
870
871   ORE->emit(R);
872 }
873
874 bool GVN::AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, MemDepResult DepInfo,
875                                   Value *Address, AvailableValue &Res) {
876   assert((DepInfo.isDef() || DepInfo.isClobber()) &&
877          "expected a local dependence");
878   assert(LI->isUnordered() && "rules below are incorrect for ordered access");
879
880   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
881
882   if (DepInfo.isClobber()) {
883     // If the dependence is to a store that writes to a superset of the bits
884     // read by the load, we can extract the bits we need for the load from the
885     // stored value.
886     if (StoreInst *DepSI = dyn_cast<StoreInst>(DepInfo.getInst())) {
887       // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
888       if (Address && LI->isAtomic() <= DepSI->isAtomic()) {
889         int Offset =
890           analyzeLoadFromClobberingStore(LI->getType(), Address, DepSI, DL);
891         if (Offset != -1) {
892           Res = AvailableValue::get(DepSI->getValueOperand(), Offset);
893           return true;
894         }
895       }
896     }
897
898     // Check to see if we have something like this:
899     //    load i32* P
900     //    load i8* (P+1)
901     // if we have this, replace the later with an extraction from the former.
902     if (LoadInst *DepLI = dyn_cast<LoadInst>(DepInfo.getInst())) {
903       // If this is a clobber and L is the first instruction in its block, then
904       // we have the first instruction in the entry block.
905       // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
906       if (DepLI != LI && Address && LI->isAtomic() <= DepLI->isAtomic()) {
907         int Offset =
908           analyzeLoadFromClobberingLoad(LI->getType(), Address, DepLI, DL);
909
910         if (Offset != -1) {
911           Res = AvailableValue::getLoad(DepLI, Offset);
912           return true;
913         }
914       }
915     }
916
917     // If the clobbering value is a memset/memcpy/memmove, see if we can
918     // forward a value on from it.
919     if (MemIntrinsic *DepMI = dyn_cast<MemIntrinsic>(DepInfo.getInst())) {
920       if (Address && !LI->isAtomic()) {
921         int Offset = analyzeLoadFromClobberingMemInst(LI->getType(), Address,
922                                                       DepMI, DL);
923         if (Offset != -1) {
924           Res = AvailableValue::getMI(DepMI, Offset);
925           return true;
926         }
927       }
928     }
929     // Nothing known about this clobber, have to be conservative
930     LLVM_DEBUG(
931         // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
932         dbgs() << "GVN: load "; LI->printAsOperand(dbgs());
933         Instruction *I = DepInfo.getInst();
934         dbgs() << " is clobbered by " << *I << '\n';);
935     if (ORE->allowExtraAnalysis(DEBUG_TYPE))
936       reportMayClobberedLoad(LI, DepInfo, DT, ORE);
937
938     return false;
939   }
940   assert(DepInfo.isDef() && "follows from above");
941
942   Instruction *DepInst = DepInfo.getInst();
943
944   // Loading the allocation -> undef.
945   if (isa<AllocaInst>(DepInst) || isMallocLikeFn(DepInst, TLI) ||
946       // Loading immediately after lifetime begin -> undef.
947       isLifetimeStart(DepInst)) {
948     Res = AvailableValue::get(UndefValue::get(LI->getType()));
949     return true;
950   }
951
952   // Loading from calloc (which zero initializes memory) -> zero
953   if (isCallocLikeFn(DepInst, TLI)) {
954     Res = AvailableValue::get(Constant::getNullValue(LI->getType()));
955     return true;
956   }
957
958   if (StoreInst *S = dyn_cast<StoreInst>(DepInst)) {
959     // Reject loads and stores that are to the same address but are of
960     // different types if we have to. If the stored value is larger or equal to
961     // the loaded value, we can reuse it.
962     if (S->getValueOperand()->getType() != LI->getType() &&
963         !canCoerceMustAliasedValueToLoad(S->getValueOperand(),
964                                          LI->getType(), DL))
965       return false;
966
967     // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
968     if (S->isAtomic() < LI->isAtomic())
969       return false;
970
971     Res = AvailableValue::get(S->getValueOperand());
972     return true;
973   }
974
975   if (LoadInst *LD = dyn_cast<LoadInst>(DepInst)) {
976     // If the types mismatch and we can't handle it, reject reuse of the load.
977     // If the stored value is larger or equal to the loaded value, we can reuse
978     // it.
979     if (LD->getType() != LI->getType() &&
980         !canCoerceMustAliasedValueToLoad(LD, LI->getType(), DL))
981       return false;
982
983     // Can't forward from non-atomic to atomic without violating memory model.
984     if (LD->isAtomic() < LI->isAtomic())
985       return false;
986
987     Res = AvailableValue::getLoad(LD);
988     return true;
989   }
990
991   // Unknown def - must be conservative
992   LLVM_DEBUG(
993       // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
994       dbgs() << "GVN: load "; LI->printAsOperand(dbgs());
995       dbgs() << " has unknown def " << *DepInst << '\n';);
996   return false;
997 }
998
999 void GVN::AnalyzeLoadAvailability(LoadInst *LI, LoadDepVect &Deps,
1000                                   AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
1001                                   UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1002   // Filter out useless results (non-locals, etc).  Keep track of the blocks
1003   // where we have a value available in repl, also keep track of whether we see
1004   // dependencies that produce an unknown value for the load (such as a call
1005   // that could potentially clobber the load).
1006   unsigned NumDeps = Deps.size();
1007   for (unsigned i = 0, e = NumDeps; i != e; ++i) {
1008     BasicBlock *DepBB = Deps[i].getBB();
1009     MemDepResult DepInfo = Deps[i].getResult();
1010
1011     if (DeadBlocks.count(DepBB)) {
1012       // Dead dependent mem-op disguise as a load evaluating the same value
1013       // as the load in question.
1014       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::getUndef(DepBB));
1015       continue;
1016     }
1017
1018     if (!DepInfo.isDef() && !DepInfo.isClobber()) {
1019       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1020       continue;
1021     }
1022
1023     // The address being loaded in this non-local block may not be the same as
1024     // the pointer operand of the load if PHI translation occurs.  Make sure
1025     // to consider the right address.
1026     Value *Address = Deps[i].getAddress();
1027
1028     AvailableValue AV;
1029     if (AnalyzeLoadAvailability(LI, DepInfo, Address, AV)) {
1030       // subtlety: because we know this was a non-local dependency, we know
1031       // it's safe to materialize anywhere between the instruction within
1032       // DepInfo and the end of it's block.
1033       ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(DepBB,
1034                                                           std::move(AV)));
1035     } else {
1036       UnavailableBlocks.push_back(DepBB);
1037     }
1038   }
1039
1040   assert(NumDeps == ValuesPerBlock.size() + UnavailableBlocks.size() &&
1041          "post condition violation");
1042 }
1043
1044 bool GVN::PerformLoadPRE(LoadInst *LI, AvailValInBlkVect &ValuesPerBlock,
1045                          UnavailBlkVect &UnavailableBlocks) {
1046   // Okay, we have *some* definitions of the value.  This means that the value
1047   // is available in some of our (transitive) predecessors.  Lets think about
1048   // doing PRE of this load.  This will involve inserting a new load into the
1049   // predecessor when it's not available.  We could do this in general, but
1050   // prefer to not increase code size.  As such, we only do this when we know
1051   // that we only have to insert *one* load (which means we're basically moving
1052   // the load, not inserting a new one).
1053
1054   SmallPtrSet<BasicBlock *, 4> Blockers(UnavailableBlocks.begin(),
1055                                         UnavailableBlocks.end());
1056
1057   // Let's find the first basic block with more than one predecessor.  Walk
1058   // backwards through predecessors if needed.
1059   BasicBlock *LoadBB = LI->getParent();
1060   BasicBlock *TmpBB = LoadBB;
1061   bool IsSafeToSpeculativelyExecute = isSafeToSpeculativelyExecute(LI);
1062
1063   // Check that there is no implicit control flow instructions above our load in
1064   // its block. If there is an instruction that doesn't always pass the
1065   // execution to the following instruction, then moving through it may become
1066   // invalid. For example:
1067   //
1068   // int arr[LEN];
1069   // int index = ???;
1070   // ...
1071   // guard(0 <= index && index < LEN);
1072   // use(arr[index]);
1073   //
1074   // It is illegal to move the array access to any point above the guard,
1075   // because if the index is out of bounds we should deoptimize rather than
1076   // access the array.
1077   // Check that there is no guard in this block above our instruction.
1078   if (!IsSafeToSpeculativelyExecute && ICF->isDominatedByICFIFromSameBlock(LI))
1079     return false;
1080   while (TmpBB->getSinglePredecessor()) {
1081     TmpBB = TmpBB->getSinglePredecessor();
1082     if (TmpBB == LoadBB) // Infinite (unreachable) loop.
1083       return false;
1084     if (Blockers.count(TmpBB))
1085       return false;
1086
1087     // If any of these blocks has more than one successor (i.e. if the edge we
1088     // just traversed was critical), then there are other paths through this
1089     // block along which the load may not be anticipated.  Hoisting the load
1090     // above this block would be adding the load to execution paths along
1091     // which it was not previously executed.
1092     if (TmpBB->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1)
1093       return false;
1094
1095     // Check that there is no implicit control flow in a block above.
1096     if (!IsSafeToSpeculativelyExecute && ICF->hasICF(TmpBB))
1097       return false;
1098   }
1099
1100   assert(TmpBB);
1101   LoadBB = TmpBB;
1102
1103   // Check to see how many predecessors have the loaded value fully
1104   // available.
1105   MapVector<BasicBlock *, Value *> PredLoads;
1106   DenseMap<BasicBlock*, char> FullyAvailableBlocks;
1107   for (const AvailableValueInBlock &AV : ValuesPerBlock)
1108     FullyAvailableBlocks[AV.BB] = true;
1109   for (BasicBlock *UnavailableBB : UnavailableBlocks)
1110     FullyAvailableBlocks[UnavailableBB] = false;
1111
1112   SmallVector<BasicBlock *, 4> CriticalEdgePred;
1113   for (BasicBlock *Pred : predecessors(LoadBB)) {
1114     // If any predecessor block is an EH pad that does not allow non-PHI
1115     // instructions before the terminator, we can't PRE the load.
1116     if (Pred->getTerminator()->isEHPad()) {
1117       LLVM_DEBUG(
1118           dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF AN EH PAD PREDECESSOR '"
1119                  << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1120       return false;
1121     }
1122
1123     if (IsValueFullyAvailableInBlock(Pred, FullyAvailableBlocks, 0)) {
1124       continue;
1125     }
1126
1127     if (Pred->getTerminator()->getNumSuccessors() != 1) {
1128       if (isa<IndirectBrInst>(Pred->getTerminator())) {
1129         LLVM_DEBUG(
1130             dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF INDBR CRITICAL EDGE '"
1131                    << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1132         return false;
1133       }
1134
1135       if (LoadBB->isEHPad()) {
1136         LLVM_DEBUG(
1137             dbgs() << "COULD NOT PRE LOAD BECAUSE OF AN EH PAD CRITICAL EDGE '"
1138                    << Pred->getName() << "': " << *LI << '\n');
1139         return false;
1140       }
1141
1142       CriticalEdgePred.push_back(Pred);
1143     } else {
1144       // Only add the predecessors that will not be split for now.
1145       PredLoads[Pred] = nullptr;
1146     }
1147   }
1148
1149   // Decide whether PRE is profitable for this load.
1150   unsigned NumUnavailablePreds = PredLoads.size() + CriticalEdgePred.size();
1151   assert(NumUnavailablePreds != 0 &&
1152          "Fully available value should already be eliminated!");
1153
1154   // If this load is unavailable in multiple predecessors, reject it.
1155   // FIXME: If we could restructure the CFG, we could make a common pred with
1156   // all the preds that don't have an available LI and insert a new load into
1157   // that one block.
1158   if (NumUnavailablePreds != 1)
1159       return false;
1160
1161   // Split critical edges, and update the unavailable predecessors accordingly.
1162   for (BasicBlock *OrigPred : CriticalEdgePred) {
1163     BasicBlock *NewPred = splitCriticalEdges(OrigPred, LoadBB);
1164     assert(!PredLoads.count(OrigPred) && "Split edges shouldn't be in map!");
1165     PredLoads[NewPred] = nullptr;
1166     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Split critical edge " << OrigPred->getName() << "->"
1167                       << LoadBB->getName() << '\n');
1168   }
1169
1170   // Check if the load can safely be moved to all the unavailable predecessors.
1171   bool CanDoPRE = true;
1172   const DataLayout &DL = LI->getModule()->getDataLayout();
1173   SmallVector<Instruction*, 8> NewInsts;
1174   for (auto &PredLoad : PredLoads) {
1175     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1176
1177     // Do PHI translation to get its value in the predecessor if necessary.  The
1178     // returned pointer (if non-null) is guaranteed to dominate UnavailablePred.
1179
1180     // If all preds have a single successor, then we know it is safe to insert
1181     // the load on the pred (?!?), so we can insert code to materialize the
1182     // pointer if it is not available.
1183     PHITransAddr Address(LI->getPointerOperand(), DL, AC);
1184     Value *LoadPtr = nullptr;
1185     LoadPtr = Address.PHITranslateWithInsertion(LoadBB, UnavailablePred,
1186                                                 *DT, NewInsts);
1187
1188     // If we couldn't find or insert a computation of this phi translated value,
1189     // we fail PRE.
1190     if (!LoadPtr) {
1191       LLVM_DEBUG(dbgs() << "COULDN'T INSERT PHI TRANSLATED VALUE OF: "
1192                         << *LI->getPointerOperand() << "\n");
1193       CanDoPRE = false;
1194       break;
1195     }
1196
1197     PredLoad.second = LoadPtr;
1198   }
1199
1200   if (!CanDoPRE) {
1201     while (!NewInsts.empty()) {
1202       Instruction *I = NewInsts.pop_back_val();
1203       markInstructionForDeletion(I);
1204     }
1205     // HINT: Don't revert the edge-splitting as following transformation may
1206     // also need to split these critical edges.
1207     return !CriticalEdgePred.empty();
1208   }
1209
1210   // Okay, we can eliminate this load by inserting a reload in the predecessor
1211   // and using PHI construction to get the value in the other predecessors, do
1212   // it.
1213   LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING PRE LOAD: " << *LI << '\n');
1214   LLVM_DEBUG(if (!NewInsts.empty()) dbgs()
1215              << "INSERTED " << NewInsts.size() << " INSTS: " << *NewInsts.back()
1216              << '\n');
1217
1218   // Assign value numbers to the new instructions.
1219   for (Instruction *I : NewInsts) {
1220     // Instructions that have been inserted in predecessor(s) to materialize
1221     // the load address do not retain their original debug locations. Doing
1222     // so could lead to confusing (but correct) source attributions.
1223     // FIXME: How do we retain source locations without causing poor debugging
1224     // behavior?
1225     I->setDebugLoc(DebugLoc());
1226
1227     // FIXME: We really _ought_ to insert these value numbers into their
1228     // parent's availability map.  However, in doing so, we risk getting into
1229     // ordering issues.  If a block hasn't been processed yet, we would be
1230     // marking a value as AVAIL-IN, which isn't what we intend.
1231     VN.lookupOrAdd(I);
1232   }
1233
1234   for (const auto &PredLoad : PredLoads) {
1235     BasicBlock *UnavailablePred = PredLoad.first;
1236     Value *LoadPtr = PredLoad.second;
1237
1238     auto *NewLoad = new LoadInst(LoadPtr, LI->getName()+".pre",
1239                                  LI->isVolatile(), LI->getAlignment(),
1240                                  LI->getOrdering(), LI->getSyncScopeID(),
1241                                  UnavailablePred->getTerminator());
1242     NewLoad->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1243
1244     // Transfer the old load's AA tags to the new load.
1245     AAMDNodes Tags;
1246     LI->getAAMetadata(Tags);
1247     if (Tags)
1248       NewLoad->setAAMetadata(Tags);
1249
1250     if (auto *MD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_invariant_load))
1251       NewLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_invariant_load, MD);
1252     if (auto *InvGroupMD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group))
1253       NewLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_invariant_group, InvGroupMD);
1254     if (auto *RangeMD = LI->getMetadata(LLVMContext::MD_range))
1255       NewLoad->setMetadata(LLVMContext::MD_range, RangeMD);
1256
1257     // We do not propagate the old load's debug location, because the new
1258     // load now lives in a different BB, and we want to avoid a jumpy line
1259     // table.
1260     // FIXME: How do we retain source locations without causing poor debugging
1261     // behavior?
1262
1263     // Add the newly created load.
1264     ValuesPerBlock.push_back(AvailableValueInBlock::get(UnavailablePred,
1265                                                         NewLoad));
1266     MD->invalidateCachedPointerInfo(LoadPtr);
1267     LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN INSERTED " << *NewLoad << '\n');
1268   }
1269
1270   // Perform PHI construction.
1271   Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1272   LI->replaceAllUsesWith(V);
1273   if (isa<PHINode>(V))
1274     V->takeName(LI);
1275   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1276     I->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1277   if (V->getType()->isPtrOrPtrVectorTy())
1278     MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1279   markInstructionForDeletion(LI);
1280   ORE->emit([&]() {
1281     return OptimizationRemark(DEBUG_TYPE, "LoadPRE", LI)
1282            << "load eliminated by PRE";
1283   });
1284   ++NumPRELoad;
1285   return true;
1286 }
1287
1288 static void reportLoadElim(LoadInst *LI, Value *AvailableValue,
1289                            OptimizationRemarkEmitter *ORE) {
1290   using namespace ore;
1291
1292   ORE->emit([&]() {
1293     return OptimizationRemark(DEBUG_TYPE, "LoadElim", LI)
1294            << "load of type " << NV("Type", LI->getType()) << " eliminated"
1295            << setExtraArgs() << " in favor of "
1296            << NV("InfavorOfValue", AvailableValue);
1297   });
1298 }
1299
1300 /// Attempt to eliminate a load whose dependencies are
1301 /// non-local by performing PHI construction.
1302 bool GVN::processNonLocalLoad(LoadInst *LI) {
1303   // non-local speculations are not allowed under asan.
1304   if (LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(
1305           Attribute::SanitizeAddress) ||
1306       LI->getParent()->getParent()->hasFnAttribute(
1307           Attribute::SanitizeHWAddress))
1308     return false;
1309
1310   // Step 1: Find the non-local dependencies of the load.
1311   LoadDepVect Deps;
1312   MD->getNonLocalPointerDependency(LI, Deps);
1313
1314   // If we had to process more than one hundred blocks to find the
1315   // dependencies, this load isn't worth worrying about.  Optimizing
1316   // it will be too expensive.
1317   unsigned NumDeps = Deps.size();
1318   if (NumDeps > MaxNumDeps)
1319     return false;
1320
1321   // If we had a phi translation failure, we'll have a single entry which is a
1322   // clobber in the current block.  Reject this early.
1323   if (NumDeps == 1 &&
1324       !Deps[0].getResult().isDef() && !Deps[0].getResult().isClobber()) {
1325     LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN: non-local load "; LI->printAsOperand(dbgs());
1326                dbgs() << " has unknown dependencies\n";);
1327     return false;
1328   }
1329
1330   // If this load follows a GEP, see if we can PRE the indices before analyzing.
1331   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LI->getOperand(0))) {
1332     for (GetElementPtrInst::op_iterator OI = GEP->idx_begin(),
1333                                         OE = GEP->idx_end();
1334          OI != OE; ++OI)
1335       if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(OI->get()))
1336         performScalarPRE(I);
1337   }
1338
1339   // Step 2: Analyze the availability of the load
1340   AvailValInBlkVect ValuesPerBlock;
1341   UnavailBlkVect UnavailableBlocks;
1342   AnalyzeLoadAvailability(LI, Deps, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1343
1344   // If we have no predecessors that produce a known value for this load, exit
1345   // early.
1346   if (ValuesPerBlock.empty())
1347     return false;
1348
1349   // Step 3: Eliminate fully redundancy.
1350   //
1351   // If all of the instructions we depend on produce a known value for this
1352   // load, then it is fully redundant and we can use PHI insertion to compute
1353   // its value.  Insert PHIs and remove the fully redundant value now.
1354   if (UnavailableBlocks.empty()) {
1355     LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN REMOVING NONLOCAL LOAD: " << *LI << '\n');
1356
1357     // Perform PHI construction.
1358     Value *V = ConstructSSAForLoadSet(LI, ValuesPerBlock, *this);
1359     LI->replaceAllUsesWith(V);
1360
1361     if (isa<PHINode>(V))
1362       V->takeName(LI);
1363     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
1364       // If instruction I has debug info, then we should not update it.
1365       // Also, if I has a null DebugLoc, then it is still potentially incorrect
1366       // to propagate LI's DebugLoc because LI may not post-dominate I.
1367       if (LI->getDebugLoc() && LI->getParent() == I->getParent())
1368         I->setDebugLoc(LI->getDebugLoc());
1369     if (V->getType()->isPtrOrPtrVectorTy())
1370       MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1371     markInstructionForDeletion(LI);
1372     ++NumGVNLoad;
1373     reportLoadElim(LI, V, ORE);
1374     return true;
1375   }
1376
1377   // Step 4: Eliminate partial redundancy.
1378   if (!EnablePRE || !EnableLoadPRE)
1379     return false;
1380
1381   return PerformLoadPRE(LI, ValuesPerBlock, UnavailableBlocks);
1382 }
1383
1384 bool GVN::processAssumeIntrinsic(IntrinsicInst *IntrinsicI) {
1385   assert(IntrinsicI->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume &&
1386          "This function can only be called with llvm.assume intrinsic");
1387   Value *V = IntrinsicI->getArgOperand(0);
1388
1389   if (ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
1390     if (Cond->isZero()) {
1391       Type *Int8Ty = Type::getInt8Ty(V->getContext());
1392       // Insert a new store to null instruction before the load to indicate that
1393       // this code is not reachable.  FIXME: We could insert unreachable
1394       // instruction directly because we can modify the CFG.
1395       new StoreInst(UndefValue::get(Int8Ty),
1396                     Constant::getNullValue(Int8Ty->getPointerTo()),
1397                     IntrinsicI);
1398     }
1399     markInstructionForDeletion(IntrinsicI);
1400     return false;
1401   } else if (isa<Constant>(V)) {
1402     // If it's not false, and constant, it must evaluate to true. This means our
1403     // assume is assume(true), and thus, pointless, and we don't want to do
1404     // anything more here.
1405     return false;
1406   }
1407
1408   Constant *True = ConstantInt::getTrue(V->getContext());
1409   bool Changed = false;
1410
1411   for (BasicBlock *Successor : successors(IntrinsicI->getParent())) {
1412     BasicBlockEdge Edge(IntrinsicI->getParent(), Successor);
1413
1414     // This property is only true in dominated successors, propagateEquality
1415     // will check dominance for us.
1416     Changed |= propagateEquality(V, True, Edge, false);
1417   }
1418
1419   // We can replace assume value with true, which covers cases like this:
1420   // call void @llvm.assume(i1 %cmp)
1421   // br i1 %cmp, label %bb1, label %bb2 ; will change %cmp to true
1422   ReplaceWithConstMap[V] = True;
1423
1424   // If one of *cmp *eq operand is const, adding it to map will cover this:
1425   // %cmp = fcmp oeq float 3.000000e+00, %0 ; const on lhs could happen
1426   // call void @llvm.assume(i1 %cmp)
1427   // ret float %0 ; will change it to ret float 3.000000e+00
1428   if (auto *CmpI = dyn_cast<CmpInst>(V)) {
1429     if (CmpI->getPredicate() == CmpInst::Predicate::ICMP_EQ ||
1430         CmpI->getPredicate() == CmpInst::Predicate::FCMP_OEQ ||
1431         (CmpI->getPredicate() == CmpInst::Predicate::FCMP_UEQ &&
1432          CmpI->getFastMathFlags().noNaNs())) {
1433       Value *CmpLHS = CmpI->getOperand(0);
1434       Value *CmpRHS = CmpI->getOperand(1);
1435       if (isa<Constant>(CmpLHS))
1436         std::swap(CmpLHS, CmpRHS);
1437       auto *RHSConst = dyn_cast<Constant>(CmpRHS);
1438
1439       // If only one operand is constant.
1440       if (RHSConst != nullptr && !isa<Constant>(CmpLHS))
1441         ReplaceWithConstMap[CmpLHS] = RHSConst;
1442     }
1443   }
1444   return Changed;
1445 }
1446
1447 static void patchAndReplaceAllUsesWith(Instruction *I, Value *Repl) {
1448   patchReplacementInstruction(I, Repl);
1449   I->replaceAllUsesWith(Repl);
1450 }
1451
1452 /// Attempt to eliminate a load, first by eliminating it
1453 /// locally, and then attempting non-local elimination if that fails.
1454 bool GVN::processLoad(LoadInst *L) {
1455   if (!MD)
1456     return false;
1457
1458   // This code hasn't been audited for ordered or volatile memory access
1459   if (!L->isUnordered())
1460     return false;
1461
1462   if (L->use_empty()) {
1463     markInstructionForDeletion(L);
1464     return true;
1465   }
1466
1467   // ... to a pointer that has been loaded from before...
1468   MemDepResult Dep = MD->getDependency(L);
1469
1470   // If it is defined in another block, try harder.
1471   if (Dep.isNonLocal())
1472     return processNonLocalLoad(L);
1473
1474   // Only handle the local case below
1475   if (!Dep.isDef() && !Dep.isClobber()) {
1476     // This might be a NonFuncLocal or an Unknown
1477     LLVM_DEBUG(
1478         // fast print dep, using operator<< on instruction is too slow.
1479         dbgs() << "GVN: load "; L->printAsOperand(dbgs());
1480         dbgs() << " has unknown dependence\n";);
1481     return false;
1482   }
1483
1484   AvailableValue AV;
1485   if (AnalyzeLoadAvailability(L, Dep, L->getPointerOperand(), AV)) {
1486     Value *AvailableValue = AV.MaterializeAdjustedValue(L, L, *this);
1487
1488     // Replace the load!
1489     patchAndReplaceAllUsesWith(L, AvailableValue);
1490     markInstructionForDeletion(L);
1491     ++NumGVNLoad;
1492     reportLoadElim(L, AvailableValue, ORE);
1493     // Tell MDA to rexamine the reused pointer since we might have more
1494     // information after forwarding it.
1495     if (MD && AvailableValue->getType()->isPtrOrPtrVectorTy())
1496       MD->invalidateCachedPointerInfo(AvailableValue);
1497     return true;
1498   }
1499
1500   return false;
1501 }
1502
1503 /// Return a pair the first field showing the value number of \p Exp and the
1504 /// second field showing whether it is a value number newly created.
1505 std::pair<uint32_t, bool>
1506 GVN::ValueTable::assignExpNewValueNum(Expression &Exp) {
1507   uint32_t &e = expressionNumbering[Exp];
1508   bool CreateNewValNum = !e;
1509   if (CreateNewValNum) {
1510     Expressions.push_back(Exp);
1511     if (ExprIdx.size() < nextValueNumber + 1)
1512       ExprIdx.resize(nextValueNumber * 2);
1513     e = nextValueNumber;
1514     ExprIdx[nextValueNumber++] = nextExprNumber++;
1515   }
1516   return {e, CreateNewValNum};
1517 }
1518
1519 /// Return whether all the values related with the same \p num are
1520 /// defined in \p BB.
1521 bool GVN::ValueTable::areAllValsInBB(uint32_t Num, const BasicBlock *BB,
1522                                      GVN &Gvn) {
1523   LeaderTableEntry *Vals = &Gvn.LeaderTable[Num];
1524   while (Vals && Vals->BB == BB)
1525     Vals = Vals->Next;
1526   return !Vals;
1527 }
1528
1529 /// Wrap phiTranslateImpl to provide caching functionality.
1530 uint32_t GVN::ValueTable::phiTranslate(const BasicBlock *Pred,
1531                                        const BasicBlock *PhiBlock, uint32_t Num,
1532                                        GVN &Gvn) {
1533   auto FindRes = PhiTranslateTable.find({Num, Pred});
1534   if (FindRes != PhiTranslateTable.end())
1535     return FindRes->second;
1536   uint32_t NewNum = phiTranslateImpl(Pred, PhiBlock, Num, Gvn);
1537   PhiTranslateTable.insert({{Num, Pred}, NewNum});
1538   return NewNum;
1539 }
1540
1541 /// Translate value number \p Num using phis, so that it has the values of
1542 /// the phis in BB.
1543 uint32_t GVN::ValueTable::phiTranslateImpl(const BasicBlock *Pred,
1544                                            const BasicBlock *PhiBlock,
1545                                            uint32_t Num, GVN &Gvn) {
1546   if (PHINode *PN = NumberingPhi[Num]) {
1547     for (unsigned i = 0; i != PN->getNumIncomingValues(); ++i) {
1548       if (PN->getParent() == PhiBlock && PN->getIncomingBlock(i) == Pred)
1549         if (uint32_t TransVal = lookup(PN->getIncomingValue(i), false))
1550           return TransVal;
1551     }
1552     return Num;
1553   }
1554
1555   // If there is any value related with Num is defined in a BB other than
1556   // PhiBlock, it cannot depend on a phi in PhiBlock without going through
1557   // a backedge. We can do an early exit in that case to save compile time.
1558   if (!areAllValsInBB(Num, PhiBlock, Gvn))
1559     return Num;
1560
1561   if (Num >= ExprIdx.size() || ExprIdx[Num] == 0)
1562     return Num;
1563   Expression Exp = Expressions[ExprIdx[Num]];
1564
1565   for (unsigned i = 0; i < Exp.varargs.size(); i++) {
1566     // For InsertValue and ExtractValue, some varargs are index numbers
1567     // instead of value numbers. Those index numbers should not be
1568     // translated.
1569     if ((i > 1 && Exp.opcode == Instruction::InsertValue) ||
1570         (i > 0 && Exp.opcode == Instruction::ExtractValue))
1571       continue;
1572     Exp.varargs[i] = phiTranslate(Pred, PhiBlock, Exp.varargs[i], Gvn);
1573   }
1574
1575   if (Exp.commutative) {
1576     assert(Exp.varargs.size() == 2 && "Unsupported commutative expression!");
1577     if (Exp.varargs[0] > Exp.varargs[1]) {
1578       std::swap(Exp.varargs[0], Exp.varargs[1]);
1579       uint32_t Opcode = Exp.opcode >> 8;
1580       if (Opcode == Instruction::ICmp || Opcode == Instruction::FCmp)
1581         Exp.opcode = (Opcode << 8) |
1582                      CmpInst::getSwappedPredicate(
1583                          static_cast<CmpInst::Predicate>(Exp.opcode & 255));
1584     }
1585   }
1586
1587   if (uint32_t NewNum = expressionNumbering[Exp])
1588     return NewNum;
1589   return Num;
1590 }
1591
1592 /// Erase stale entry from phiTranslate cache so phiTranslate can be computed
1593 /// again.
1594 void GVN::ValueTable::eraseTranslateCacheEntry(uint32_t Num,
1595                                                const BasicBlock &CurrBlock) {
1596   for (const BasicBlock *Pred : predecessors(&CurrBlock)) {
1597     auto FindRes = PhiTranslateTable.find({Num, Pred});
1598     if (FindRes != PhiTranslateTable.end())
1599       PhiTranslateTable.erase(FindRes);
1600   }
1601 }
1602
1603 // In order to find a leader for a given value number at a
1604 // specific basic block, we first obtain the list of all Values for that number,
1605 // and then scan the list to find one whose block dominates the block in
1606 // question.  This is fast because dominator tree queries consist of only
1607 // a few comparisons of DFS numbers.
1608 Value *GVN::findLeader(const BasicBlock *BB, uint32_t num) {
1609   LeaderTableEntry Vals = LeaderTable[num];
1610   if (!Vals.Val) return nullptr;
1611
1612   Value *Val = nullptr;
1613   if (DT->dominates(Vals.BB, BB)) {
1614     Val = Vals.Val;
1615     if (isa<Constant>(Val)) return Val;
1616   }
1617
1618   LeaderTableEntry* Next = Vals.Next;
1619   while (Next) {
1620     if (DT->dominates(Next->BB, BB)) {
1621       if (isa<Constant>(Next->Val)) return Next->Val;
1622       if (!Val) Val = Next->Val;
1623     }
1624
1625     Next = Next->Next;
1626   }
1627
1628   return Val;
1629 }
1630
1631 /// There is an edge from 'Src' to 'Dst'.  Return
1632 /// true if every path from the entry block to 'Dst' passes via this edge.  In
1633 /// particular 'Dst' must not be reachable via another edge from 'Src'.
1634 static bool isOnlyReachableViaThisEdge(const BasicBlockEdge &E,
1635                                        DominatorTree *DT) {
1636   // While in theory it is interesting to consider the case in which Dst has
1637   // more than one predecessor, because Dst might be part of a loop which is
1638   // only reachable from Src, in practice it is pointless since at the time
1639   // GVN runs all such loops have preheaders, which means that Dst will have
1640   // been changed to have only one predecessor, namely Src.
1641   const BasicBlock *Pred = E.getEnd()->getSinglePredecessor();
1642   assert((!Pred || Pred == E.getStart()) &&
1643          "No edge between these basic blocks!");
1644   return Pred != nullptr;
1645 }
1646
1647 void GVN::assignBlockRPONumber(Function &F) {
1648   BlockRPONumber.clear();
1649   uint32_t NextBlockNumber = 1;
1650   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
1651   for (BasicBlock *BB : RPOT)
1652     BlockRPONumber[BB] = NextBlockNumber++;
1653   InvalidBlockRPONumbers = false;
1654 }
1655
1656 // Tries to replace instruction with const, using information from
1657 // ReplaceWithConstMap.
1658 bool GVN::replaceOperandsWithConsts(Instruction *Instr) const {
1659   bool Changed = false;
1660   for (unsigned OpNum = 0; OpNum < Instr->getNumOperands(); ++OpNum) {
1661     Value *Operand = Instr->getOperand(OpNum);
1662     auto it = ReplaceWithConstMap.find(Operand);
1663     if (it != ReplaceWithConstMap.end()) {
1664       assert(!isa<Constant>(Operand) &&
1665              "Replacing constants with constants is invalid");
1666       LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN replacing: " << *Operand << " with "
1667                         << *it->second << " in instruction " << *Instr << '\n');
1668       Instr->setOperand(OpNum, it->second);
1669       Changed = true;
1670     }
1671   }
1672   return Changed;
1673 }
1674
1675 /// The given values are known to be equal in every block
1676 /// dominated by 'Root'.  Exploit this, for example by replacing 'LHS' with
1677 /// 'RHS' everywhere in the scope.  Returns whether a change was made.
1678 /// If DominatesByEdge is false, then it means that we will propagate the RHS
1679 /// value starting from the end of Root.Start.
1680 bool GVN::propagateEquality(Value *LHS, Value *RHS, const BasicBlockEdge &Root,
1681                             bool DominatesByEdge) {
1682   SmallVector<std::pair<Value*, Value*>, 4> Worklist;
1683   Worklist.push_back(std::make_pair(LHS, RHS));
1684   bool Changed = false;
1685   // For speed, compute a conservative fast approximation to
1686   // DT->dominates(Root, Root.getEnd());
1687   const bool RootDominatesEnd = isOnlyReachableViaThisEdge(Root, DT);
1688
1689   while (!Worklist.empty()) {
1690     std::pair<Value*, Value*> Item = Worklist.pop_back_val();
1691     LHS = Item.first; RHS = Item.second;
1692
1693     if (LHS == RHS)
1694       continue;
1695     assert(LHS->getType() == RHS->getType() && "Equality but unequal types!");
1696
1697     // Don't try to propagate equalities between constants.
1698     if (isa<Constant>(LHS) && isa<Constant>(RHS))
1699       continue;
1700
1701     // Prefer a constant on the right-hand side, or an Argument if no constants.
1702     if (isa<Constant>(LHS) || (isa<Argument>(LHS) && !isa<Constant>(RHS)))
1703       std::swap(LHS, RHS);
1704     assert((isa<Argument>(LHS) || isa<Instruction>(LHS)) && "Unexpected value!");
1705
1706     // If there is no obvious reason to prefer the left-hand side over the
1707     // right-hand side, ensure the longest lived term is on the right-hand side,
1708     // so the shortest lived term will be replaced by the longest lived.
1709     // This tends to expose more simplifications.
1710     uint32_t LVN = VN.lookupOrAdd(LHS);
1711     if ((isa<Argument>(LHS) && isa<Argument>(RHS)) ||
1712         (isa<Instruction>(LHS) && isa<Instruction>(RHS))) {
1713       // Move the 'oldest' value to the right-hand side, using the value number
1714       // as a proxy for age.
1715       uint32_t RVN = VN.lookupOrAdd(RHS);
1716       if (LVN < RVN) {
1717         std::swap(LHS, RHS);
1718         LVN = RVN;
1719       }
1720     }
1721
1722     // If value numbering later sees that an instruction in the scope is equal
1723     // to 'LHS' then ensure it will be turned into 'RHS'.  In order to preserve
1724     // the invariant that instructions only occur in the leader table for their
1725     // own value number (this is used by removeFromLeaderTable), do not do this
1726     // if RHS is an instruction (if an instruction in the scope is morphed into
1727     // LHS then it will be turned into RHS by the next GVN iteration anyway, so
1728     // using the leader table is about compiling faster, not optimizing better).
1729     // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
1730     // have the simple case where the edge dominates the end.
1731     if (RootDominatesEnd && !isa<Instruction>(RHS))
1732       addToLeaderTable(LVN, RHS, Root.getEnd());
1733
1734     // Replace all occurrences of 'LHS' with 'RHS' everywhere in the scope.  As
1735     // LHS always has at least one use that is not dominated by Root, this will
1736     // never do anything if LHS has only one use.
1737     if (!LHS->hasOneUse()) {
1738       unsigned NumReplacements =
1739           DominatesByEdge
1740               ? replaceDominatedUsesWith(LHS, RHS, *DT, Root)
1741               : replaceDominatedUsesWith(LHS, RHS, *DT, Root.getStart());
1742
1743       Changed |= NumReplacements > 0;
1744       NumGVNEqProp += NumReplacements;
1745       // Cached information for anything that uses LHS will be invalid.
1746       if (MD)
1747         MD->invalidateCachedPointerInfo(LHS);
1748     }
1749
1750     // Now try to deduce additional equalities from this one. For example, if
1751     // the known equality was "(A != B)" == "false" then it follows that A and B
1752     // are equal in the scope. Only boolean equalities with an explicit true or
1753     // false RHS are currently supported.
1754     if (!RHS->getType()->isIntegerTy(1))
1755       // Not a boolean equality - bail out.
1756       continue;
1757     ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(RHS);
1758     if (!CI)
1759       // RHS neither 'true' nor 'false' - bail out.
1760       continue;
1761     // Whether RHS equals 'true'.  Otherwise it equals 'false'.
1762     bool isKnownTrue = CI->isMinusOne();
1763     bool isKnownFalse = !isKnownTrue;
1764
1765     // If "A && B" is known true then both A and B are known true.  If "A || B"
1766     // is known false then both A and B are known false.
1767     Value *A, *B;
1768     if ((isKnownTrue && match(LHS, m_And(m_Value(A), m_Value(B)))) ||
1769         (isKnownFalse && match(LHS, m_Or(m_Value(A), m_Value(B))))) {
1770       Worklist.push_back(std::make_pair(A, RHS));
1771       Worklist.push_back(std::make_pair(B, RHS));
1772       continue;
1773     }
1774
1775     // If we are propagating an equality like "(A == B)" == "true" then also
1776     // propagate the equality A == B.  When propagating a comparison such as
1777     // "(A >= B)" == "true", replace all instances of "A < B" with "false".
1778     if (CmpInst *Cmp = dyn_cast<CmpInst>(LHS)) {
1779       Value *Op0 = Cmp->getOperand(0), *Op1 = Cmp->getOperand(1);
1780
1781       // If "A == B" is known true, or "A != B" is known false, then replace
1782       // A with B everywhere in the scope.
1783       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_EQ) ||
1784           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::ICMP_NE))
1785         Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
1786
1787       // Handle the floating point versions of equality comparisons too.
1788       if ((isKnownTrue && Cmp->getPredicate() == CmpInst::FCMP_OEQ) ||
1789           (isKnownFalse && Cmp->getPredicate() == CmpInst::FCMP_UNE)) {
1790
1791         // Floating point -0.0 and 0.0 compare equal, so we can only
1792         // propagate values if we know that we have a constant and that
1793         // its value is non-zero.
1794
1795         // FIXME: We should do this optimization if 'no signed zeros' is
1796         // applicable via an instruction-level fast-math-flag or some other
1797         // indicator that relaxed FP semantics are being used.
1798
1799         if (isa<ConstantFP>(Op1) && !cast<ConstantFP>(Op1)->isZero())
1800           Worklist.push_back(std::make_pair(Op0, Op1));
1801       }
1802
1803       // If "A >= B" is known true, replace "A < B" with false everywhere.
1804       CmpInst::Predicate NotPred = Cmp->getInversePredicate();
1805       Constant *NotVal = ConstantInt::get(Cmp->getType(), isKnownFalse);
1806       // Since we don't have the instruction "A < B" immediately to hand, work
1807       // out the value number that it would have and use that to find an
1808       // appropriate instruction (if any).
1809       uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
1810       uint32_t Num = VN.lookupOrAddCmp(Cmp->getOpcode(), NotPred, Op0, Op1);
1811       // If the number we were assigned was brand new then there is no point in
1812       // looking for an instruction realizing it: there cannot be one!
1813       if (Num < NextNum) {
1814         Value *NotCmp = findLeader(Root.getEnd(), Num);
1815         if (NotCmp && isa<Instruction>(NotCmp)) {
1816           unsigned NumReplacements =
1817               DominatesByEdge
1818                   ? replaceDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, *DT, Root)
1819                   : replaceDominatedUsesWith(NotCmp, NotVal, *DT,
1820                                              Root.getStart());
1821           Changed |= NumReplacements > 0;
1822           NumGVNEqProp += NumReplacements;
1823           // Cached information for anything that uses NotCmp will be invalid.
1824           if (MD)
1825             MD->invalidateCachedPointerInfo(NotCmp);
1826         }
1827       }
1828       // Ensure that any instruction in scope that gets the "A < B" value number
1829       // is replaced with false.
1830       // The leader table only tracks basic blocks, not edges. Only add to if we
1831       // have the simple case where the edge dominates the end.
1832       if (RootDominatesEnd)
1833         addToLeaderTable(Num, NotVal, Root.getEnd());
1834
1835       continue;
1836     }
1837   }
1838
1839   return Changed;
1840 }
1841
1842 /// When calculating availability, handle an instruction
1843 /// by inserting it into the appropriate sets
1844 bool GVN::processInstruction(Instruction *I) {
1845   // Ignore dbg info intrinsics.
1846   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(I))
1847     return false;
1848
1849   // If the instruction can be easily simplified then do so now in preference
1850   // to value numbering it.  Value numbering often exposes redundancies, for
1851   // example if it determines that %y is equal to %x then the instruction
1852   // "%z = and i32 %x, %y" becomes "%z = and i32 %x, %x" which we now simplify.
1853   const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
1854   if (Value *V = SimplifyInstruction(I, {DL, TLI, DT, AC})) {
1855     bool Changed = false;
1856     if (!I->use_empty()) {
1857       I->replaceAllUsesWith(V);
1858       Changed = true;
1859     }
1860     if (isInstructionTriviallyDead(I, TLI)) {
1861       markInstructionForDeletion(I);
1862       Changed = true;
1863     }
1864     if (Changed) {
1865       if (MD && V->getType()->isPtrOrPtrVectorTy())
1866         MD->invalidateCachedPointerInfo(V);
1867       ++NumGVNSimpl;
1868       return true;
1869     }
1870   }
1871
1872   if (IntrinsicInst *IntrinsicI = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
1873     if (IntrinsicI->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
1874       return processAssumeIntrinsic(IntrinsicI);
1875
1876   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
1877     if (processLoad(LI))
1878       return true;
1879
1880     unsigned Num = VN.lookupOrAdd(LI);
1881     addToLeaderTable(Num, LI, LI->getParent());
1882     return false;
1883   }
1884
1885   // For conditional branches, we can perform simple conditional propagation on
1886   // the condition value itself.
1887   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(I)) {
1888     if (!BI->isConditional())
1889       return false;
1890
1891     if (isa<Constant>(BI->getCondition()))
1892       return processFoldableCondBr(BI);
1893
1894     Value *BranchCond = BI->getCondition();
1895     BasicBlock *TrueSucc = BI->getSuccessor(0);
1896     BasicBlock *FalseSucc = BI->getSuccessor(1);
1897     // Avoid multiple edges early.
1898     if (TrueSucc == FalseSucc)
1899       return false;
1900
1901     BasicBlock *Parent = BI->getParent();
1902     bool Changed = false;
1903
1904     Value *TrueVal = ConstantInt::getTrue(TrueSucc->getContext());
1905     BasicBlockEdge TrueE(Parent, TrueSucc);
1906     Changed |= propagateEquality(BranchCond, TrueVal, TrueE, true);
1907
1908     Value *FalseVal = ConstantInt::getFalse(FalseSucc->getContext());
1909     BasicBlockEdge FalseE(Parent, FalseSucc);
1910     Changed |= propagateEquality(BranchCond, FalseVal, FalseE, true);
1911
1912     return Changed;
1913   }
1914
1915   // For switches, propagate the case values into the case destinations.
1916   if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(I)) {
1917     Value *SwitchCond = SI->getCondition();
1918     BasicBlock *Parent = SI->getParent();
1919     bool Changed = false;
1920
1921     // Remember how many outgoing edges there are to every successor.
1922     SmallDenseMap<BasicBlock *, unsigned, 16> SwitchEdges;
1923     for (unsigned i = 0, n = SI->getNumSuccessors(); i != n; ++i)
1924       ++SwitchEdges[SI->getSuccessor(i)];
1925
1926     for (SwitchInst::CaseIt i = SI->case_begin(), e = SI->case_end();
1927          i != e; ++i) {
1928       BasicBlock *Dst = i->getCaseSuccessor();
1929       // If there is only a single edge, propagate the case value into it.
1930       if (SwitchEdges.lookup(Dst) == 1) {
1931         BasicBlockEdge E(Parent, Dst);
1932         Changed |= propagateEquality(SwitchCond, i->getCaseValue(), E, true);
1933       }
1934     }
1935     return Changed;
1936   }
1937
1938   // Instructions with void type don't return a value, so there's
1939   // no point in trying to find redundancies in them.
1940   if (I->getType()->isVoidTy())
1941     return false;
1942
1943   uint32_t NextNum = VN.getNextUnusedValueNumber();
1944   unsigned Num = VN.lookupOrAdd(I);
1945
1946   // Allocations are always uniquely numbered, so we can save time and memory
1947   // by fast failing them.
1948   if (isa<AllocaInst>(I) || I->isTerminator() || isa<PHINode>(I)) {
1949     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
1950     return false;
1951   }
1952
1953   // If the number we were assigned was a brand new VN, then we don't
1954   // need to do a lookup to see if the number already exists
1955   // somewhere in the domtree: it can't!
1956   if (Num >= NextNum) {
1957     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
1958     return false;
1959   }
1960
1961   // Perform fast-path value-number based elimination of values inherited from
1962   // dominators.
1963   Value *Repl = findLeader(I->getParent(), Num);
1964   if (!Repl) {
1965     // Failure, just remember this instance for future use.
1966     addToLeaderTable(Num, I, I->getParent());
1967     return false;
1968   } else if (Repl == I) {
1969     // If I was the result of a shortcut PRE, it might already be in the table
1970     // and the best replacement for itself. Nothing to do.
1971     return false;
1972   }
1973
1974   // Remove it!
1975   patchAndReplaceAllUsesWith(I, Repl);
1976   if (MD && Repl->getType()->isPtrOrPtrVectorTy())
1977     MD->invalidateCachedPointerInfo(Repl);
1978   markInstructionForDeletion(I);
1979   return true;
1980 }
1981
1982 /// runOnFunction - This is the main transformation entry point for a function.
1983 bool GVN::runImpl(Function &F, AssumptionCache &RunAC, DominatorTree &RunDT,
1984                   const TargetLibraryInfo &RunTLI, AAResults &RunAA,
1985                   MemoryDependenceResults *RunMD, LoopInfo *LI,
1986                   OptimizationRemarkEmitter *RunORE) {
1987   AC = &RunAC;
1988   DT = &RunDT;
1989   VN.setDomTree(DT);
1990   TLI = &RunTLI;
1991   VN.setAliasAnalysis(&RunAA);
1992   MD = RunMD;
1993   ImplicitControlFlowTracking ImplicitCFT(DT);
1994   ICF = &ImplicitCFT;
1995   VN.setMemDep(MD);
1996   ORE = RunORE;
1997   InvalidBlockRPONumbers = true;
1998
1999   bool Changed = false;
2000   bool ShouldContinue = true;
2001
2002   DomTreeUpdater DTU(DT, DomTreeUpdater::UpdateStrategy::Eager);
2003   // Merge unconditional branches, allowing PRE to catch more
2004   // optimization opportunities.
2005   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ) {
2006     BasicBlock *BB = &*FI++;
2007
2008     bool removedBlock = MergeBlockIntoPredecessor(BB, &DTU, LI, nullptr, MD);
2009     if (removedBlock)
2010       ++NumGVNBlocks;
2011
2012     Changed |= removedBlock;
2013   }
2014
2015   unsigned Iteration = 0;
2016   while (ShouldContinue) {
2017     LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN iteration: " << Iteration << "\n");
2018     ShouldContinue = iterateOnFunction(F);
2019     Changed |= ShouldContinue;
2020     ++Iteration;
2021   }
2022
2023   if (EnablePRE) {
2024     // Fabricate val-num for dead-code in order to suppress assertion in
2025     // performPRE().
2026     assignValNumForDeadCode();
2027     bool PREChanged = true;
2028     while (PREChanged) {
2029       PREChanged = performPRE(F);
2030       Changed |= PREChanged;
2031     }
2032   }
2033
2034   // FIXME: Should perform GVN again after PRE does something.  PRE can move
2035   // computations into blocks where they become fully redundant.  Note that
2036   // we can't do this until PRE's critical edge splitting updates memdep.
2037   // Actually, when this happens, we should just fully integrate PRE into GVN.
2038
2039   cleanupGlobalSets();
2040   // Do not cleanup DeadBlocks in cleanupGlobalSets() as it's called for each
2041   // iteration.
2042   DeadBlocks.clear();
2043
2044   return Changed;
2045 }
2046
2047 bool GVN::processBlock(BasicBlock *BB) {
2048   // FIXME: Kill off InstrsToErase by doing erasing eagerly in a helper function
2049   // (and incrementing BI before processing an instruction).
2050   assert(InstrsToErase.empty() &&
2051          "We expect InstrsToErase to be empty across iterations");
2052   if (DeadBlocks.count(BB))
2053     return false;
2054
2055   // Clearing map before every BB because it can be used only for single BB.
2056   ReplaceWithConstMap.clear();
2057   bool ChangedFunction = false;
2058
2059   for (BasicBlock::iterator BI = BB->begin(), BE = BB->end();
2060        BI != BE;) {
2061     if (!ReplaceWithConstMap.empty())
2062       ChangedFunction |= replaceOperandsWithConsts(&*BI);
2063     ChangedFunction |= processInstruction(&*BI);
2064
2065     if (InstrsToErase.empty()) {
2066       ++BI;
2067       continue;
2068     }
2069
2070     // If we need some instructions deleted, do it now.
2071     NumGVNInstr += InstrsToErase.size();
2072
2073     // Avoid iterator invalidation.
2074     bool AtStart = BI == BB->begin();
2075     if (!AtStart)
2076       --BI;
2077
2078     for (auto *I : InstrsToErase) {
2079       assert(I->getParent() == BB && "Removing instruction from wrong block?");
2080       LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN removed: " << *I << '\n');
2081       salvageDebugInfo(*I);
2082       if (MD) MD->removeInstruction(I);
2083       LLVM_DEBUG(verifyRemoved(I));
2084       ICF->removeInstruction(I);
2085       I->eraseFromParent();
2086     }
2087     InstrsToErase.clear();
2088
2089     if (AtStart)
2090       BI = BB->begin();
2091     else
2092       ++BI;
2093   }
2094
2095   return ChangedFunction;
2096 }
2097
2098 // Instantiate an expression in a predecessor that lacked it.
2099 bool GVN::performScalarPREInsertion(Instruction *Instr, BasicBlock *Pred,
2100                                     BasicBlock *Curr, unsigned int ValNo) {
2101   // Because we are going top-down through the block, all value numbers
2102   // will be available in the predecessor by the time we need them.  Any
2103   // that weren't originally present will have been instantiated earlier
2104   // in this loop.
2105   bool success = true;
2106   for (unsigned i = 0, e = Instr->getNumOperands(); i != e; ++i) {
2107     Value *Op = Instr->getOperand(i);
2108     if (isa<Argument>(Op) || isa<Constant>(Op) || isa<GlobalValue>(Op))
2109       continue;
2110     // This could be a newly inserted instruction, in which case, we won't
2111     // find a value number, and should give up before we hurt ourselves.
2112     // FIXME: Rewrite the infrastructure to let it easier to value number
2113     // and process newly inserted instructions.
2114     if (!VN.exists(Op)) {
2115       success = false;
2116       break;
2117     }
2118     uint32_t TValNo =
2119         VN.phiTranslate(Pred, Curr, VN.lookup(Op), *this);
2120     if (Value *V = findLeader(Pred, TValNo)) {
2121       Instr->setOperand(i, V);
2122     } else {
2123       success = false;
2124       break;
2125     }
2126   }
2127
2128   // Fail out if we encounter an operand that is not available in
2129   // the PRE predecessor.  This is typically because of loads which
2130   // are not value numbered precisely.
2131   if (!success)
2132     return false;
2133
2134   Instr->insertBefore(Pred->getTerminator());
2135   Instr->setName(Instr->getName() + ".pre");
2136   Instr->setDebugLoc(Instr->getDebugLoc());
2137
2138   unsigned Num = VN.lookupOrAdd(Instr);
2139   VN.add(Instr, Num);
2140
2141   // Update the availability map to include the new instruction.
2142   addToLeaderTable(Num, Instr, Pred);
2143   return true;
2144 }
2145
2146 bool GVN::performScalarPRE(Instruction *CurInst) {
2147   if (isa<AllocaInst>(CurInst) || CurInst->isTerminator() ||
2148       isa<PHINode>(CurInst) || CurInst->getType()->isVoidTy() ||
2149       CurInst->mayReadFromMemory() || CurInst->mayHaveSideEffects() ||
2150       isa<DbgInfoIntrinsic>(CurInst))
2151     return false;
2152
2153   // Don't do PRE on compares. The PHI would prevent CodeGenPrepare from
2154   // sinking the compare again, and it would force the code generator to
2155   // move the i1 from processor flags or predicate registers into a general
2156   // purpose register.
2157   if (isa<CmpInst>(CurInst))
2158     return false;
2159
2160   // Don't do PRE on GEPs. The inserted PHI would prevent CodeGenPrepare from
2161   // sinking the addressing mode computation back to its uses. Extending the
2162   // GEP's live range increases the register pressure, and therefore it can
2163   // introduce unnecessary spills.
2164   //
2165   // This doesn't prevent Load PRE. PHI translation will make the GEP available
2166   // to the load by moving it to the predecessor block if necessary.
2167   if (isa<GetElementPtrInst>(CurInst))
2168     return false;
2169
2170   // We don't currently value number ANY inline asm calls.
2171   if (CallInst *CallI = dyn_cast<CallInst>(CurInst))
2172     if (CallI->isInlineAsm())
2173       return false;
2174
2175   uint32_t ValNo = VN.lookup(CurInst);
2176
2177   // Look for the predecessors for PRE opportunities.  We're
2178   // only trying to solve the basic diamond case, where
2179   // a value is computed in the successor and one predecessor,
2180   // but not the other.  We also explicitly disallow cases
2181   // where the successor is its own predecessor, because they're
2182   // more complicated to get right.
2183   unsigned NumWith = 0;
2184   unsigned NumWithout = 0;
2185   BasicBlock *PREPred = nullptr;
2186   BasicBlock *CurrentBlock = CurInst->getParent();
2187
2188   // Update the RPO numbers for this function.
2189   if (InvalidBlockRPONumbers)
2190     assignBlockRPONumber(*CurrentBlock->getParent());
2191
2192   SmallVector<std::pair<Value *, BasicBlock *>, 8> predMap;
2193   for (BasicBlock *P : predecessors(CurrentBlock)) {
2194     // We're not interested in PRE where blocks with predecessors that are
2195     // not reachable.
2196     if (!DT->isReachableFromEntry(P)) {
2197       NumWithout = 2;
2198       break;
2199     }
2200     // It is not safe to do PRE when P->CurrentBlock is a loop backedge, and
2201     // when CurInst has operand defined in CurrentBlock (so it may be defined
2202     // by phi in the loop header).
2203     assert(BlockRPONumber.count(P) && BlockRPONumber.count(CurrentBlock) &&
2204            "Invalid BlockRPONumber map.");
2205     if (BlockRPONumber[P] >= BlockRPONumber[CurrentBlock] &&
2206         llvm::any_of(CurInst->operands(), [&](const Use &U) {
2207           if (auto *Inst = dyn_cast<Instruction>(U.get()))
2208             return Inst->getParent() == CurrentBlock;
2209           return false;
2210         })) {
2211       NumWithout = 2;
2212       break;
2213     }
2214
2215     uint32_t TValNo = VN.phiTranslate(P, CurrentBlock, ValNo, *this);
2216     Value *predV = findLeader(P, TValNo);
2217     if (!predV) {
2218       predMap.push_back(std::make_pair(static_cast<Value *>(nullptr), P));
2219       PREPred = P;
2220       ++NumWithout;
2221     } else if (predV == CurInst) {
2222       /* CurInst dominates this predecessor. */
2223       NumWithout = 2;
2224       break;
2225     } else {
2226       predMap.push_back(std::make_pair(predV, P));
2227       ++NumWith;
2228     }
2229   }
2230
2231   // Don't do PRE when it might increase code size, i.e. when
2232   // we would need to insert instructions in more than one pred.
2233   if (NumWithout > 1 || NumWith == 0)
2234     return false;
2235
2236   // We may have a case where all predecessors have the instruction,
2237   // and we just need to insert a phi node. Otherwise, perform
2238   // insertion.
2239   Instruction *PREInstr = nullptr;
2240
2241   if (NumWithout != 0) {
2242     if (!isSafeToSpeculativelyExecute(CurInst)) {
2243       // It is only valid to insert a new instruction if the current instruction
2244       // is always executed. An instruction with implicit control flow could
2245       // prevent us from doing it. If we cannot speculate the execution, then
2246       // PRE should be prohibited.
2247       if (ICF->isDominatedByICFIFromSameBlock(CurInst))
2248         return false;
2249     }
2250
2251     // Don't do PRE across indirect branch.
2252     if (isa<IndirectBrInst>(PREPred->getTerminator()))
2253       return false;
2254
2255     // We can't do PRE safely on a critical edge, so instead we schedule
2256     // the edge to be split and perform the PRE the next time we iterate
2257     // on the function.
2258     unsigned SuccNum = GetSuccessorNumber(PREPred, CurrentBlock);
2259     if (isCriticalEdge(PREPred->getTerminator(), SuccNum)) {
2260       toSplit.push_back(std::make_pair(PREPred->getTerminator(), SuccNum));
2261       return false;
2262     }
2263     // We need to insert somewhere, so let's give it a shot
2264     PREInstr = CurInst->clone();
2265     if (!performScalarPREInsertion(PREInstr, PREPred, CurrentBlock, ValNo)) {
2266       // If we failed insertion, make sure we remove the instruction.
2267       LLVM_DEBUG(verifyRemoved(PREInstr));
2268       PREInstr->deleteValue();
2269       return false;
2270     }
2271   }
2272
2273   // Either we should have filled in the PRE instruction, or we should
2274   // not have needed insertions.
2275   assert(PREInstr != nullptr || NumWithout == 0);
2276
2277   ++NumGVNPRE;
2278
2279   // Create a PHI to make the value available in this block.
2280   PHINode *Phi =
2281       PHINode::Create(CurInst->getType(), predMap.size(),
2282                       CurInst->getName() + ".pre-phi", &CurrentBlock->front());
2283   for (unsigned i = 0, e = predMap.size(); i != e; ++i) {
2284     if (Value *V = predMap[i].first) {
2285       // If we use an existing value in this phi, we have to patch the original
2286       // value because the phi will be used to replace a later value.
2287       patchReplacementInstruction(CurInst, V);
2288       Phi->addIncoming(V, predMap[i].second);
2289     } else
2290       Phi->addIncoming(PREInstr, PREPred);
2291   }
2292
2293   VN.add(Phi, ValNo);
2294   // After creating a new PHI for ValNo, the phi translate result for ValNo will
2295   // be changed, so erase the related stale entries in phi translate cache.
2296   VN.eraseTranslateCacheEntry(ValNo, *CurrentBlock);
2297   addToLeaderTable(ValNo, Phi, CurrentBlock);
2298   Phi->setDebugLoc(CurInst->getDebugLoc());
2299   CurInst->replaceAllUsesWith(Phi);
2300   if (MD && Phi->getType()->isPtrOrPtrVectorTy())
2301     MD->invalidateCachedPointerInfo(Phi);
2302   VN.erase(CurInst);
2303   removeFromLeaderTable(ValNo, CurInst, CurrentBlock);
2304
2305   LLVM_DEBUG(dbgs() << "GVN PRE removed: " << *CurInst << '\n');
2306   if (MD)
2307     MD->removeInstruction(CurInst);
2308   LLVM_DEBUG(verifyRemoved(CurInst));
2309   // FIXME: Intended to be markInstructionForDeletion(CurInst), but it causes
2310   // some assertion failures.
2311   ICF->removeInstruction(CurInst);
2312   CurInst->eraseFromParent();
2313   ++NumGVNInstr;
2314
2315   return true;
2316 }
2317
2318 /// Perform a purely local form of PRE that looks for diamond
2319 /// control flow patterns and attempts to perform simple PRE at the join point.
2320 bool GVN::performPRE(Function &F) {
2321   bool Changed = false;
2322   for (BasicBlock *CurrentBlock : depth_first(&F.getEntryBlock())) {
2323     // Nothing to PRE in the entry block.
2324     if (CurrentBlock == &F.getEntryBlock())
2325       continue;
2326
2327     // Don't perform PRE on an EH pad.
2328     if (CurrentBlock->isEHPad())
2329       continue;
2330
2331     for (BasicBlock::iterator BI = CurrentBlock->begin(),
2332                               BE = CurrentBlock->end();
2333          BI != BE;) {
2334       Instruction *CurInst = &*BI++;
2335       Changed |= performScalarPRE(CurInst);
2336     }
2337   }
2338
2339   if (splitCriticalEdges())
2340     Changed = true;
2341
2342   return Changed;
2343 }
2344
2345 /// Split the critical edge connecting the given two blocks, and return
2346 /// the block inserted to the critical edge.
2347 BasicBlock *GVN::splitCriticalEdges(BasicBlock *Pred, BasicBlock *Succ) {
2348   BasicBlock *BB =
2349       SplitCriticalEdge(Pred, Succ, CriticalEdgeSplittingOptions(DT));
2350   if (MD)
2351     MD->invalidateCachedPredecessors();
2352   InvalidBlockRPONumbers = true;
2353   return BB;
2354 }
2355
2356 /// Split critical edges found during the previous
2357 /// iteration that may enable further optimization.
2358 bool GVN::splitCriticalEdges() {
2359   if (toSplit.empty())
2360     return false;
2361   do {
2362     std::pair<Instruction *, unsigned> Edge = toSplit.pop_back_val();
2363     SplitCriticalEdge(Edge.first, Edge.second,
2364                       CriticalEdgeSplittingOptions(DT));
2365   } while (!toSplit.empty());
2366   if (MD) MD->invalidateCachedPredecessors();
2367   InvalidBlockRPONumbers = true;
2368   return true;
2369 }
2370
2371 /// Executes one iteration of GVN
2372 bool GVN::iterateOnFunction(Function &F) {
2373   cleanupGlobalSets();
2374
2375   // Top-down walk of the dominator tree
2376   bool Changed = false;
2377   // Needed for value numbering with phi construction to work.
2378   // RPOT walks the graph in its constructor and will not be invalidated during
2379   // processBlock.
2380   ReversePostOrderTraversal<Function *> RPOT(&F);
2381
2382   for (BasicBlock *BB : RPOT)
2383     Changed |= processBlock(BB);
2384
2385   return Changed;
2386 }
2387
2388 void GVN::cleanupGlobalSets() {
2389   VN.clear();
2390   LeaderTable.clear();
2391   BlockRPONumber.clear();
2392   TableAllocator.Reset();
2393   ICF->clear();
2394   InvalidBlockRPONumbers = true;
2395 }
2396
2397 /// Verify that the specified instruction does not occur in our
2398 /// internal data structures.
2399 void GVN::verifyRemoved(const Instruction *Inst) const {
2400   VN.verifyRemoved(Inst);
2401
2402   // Walk through the value number scope to make sure the instruction isn't
2403   // ferreted away in it.
2404   for (DenseMap<uint32_t, LeaderTableEntry>::const_iterator
2405        I = LeaderTable.begin(), E = LeaderTable.end(); I != E; ++I) {
2406     const LeaderTableEntry *Node = &I->second;
2407     assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2408
2409     while (Node->Next) {
2410       Node = Node->Next;
2411       assert(Node->Val != Inst && "Inst still in value numbering scope!");
2412     }
2413   }
2414 }
2415
2416 /// BB is declared dead, which implied other blocks become dead as well. This
2417 /// function is to add all these blocks to "DeadBlocks". For the dead blocks'
2418 /// live successors, update their phi nodes by replacing the operands
2419 /// corresponding to dead blocks with UndefVal.
2420 void GVN::addDeadBlock(BasicBlock *BB) {
2421   SmallVector<BasicBlock *, 4> NewDead;
2422   SmallSetVector<BasicBlock *, 4> DF;
2423
2424   NewDead.push_back(BB);
2425   while (!NewDead.empty()) {
2426     BasicBlock *D = NewDead.pop_back_val();
2427     if (DeadBlocks.count(D))
2428       continue;
2429
2430     // All blocks dominated by D are dead.
2431     SmallVector<BasicBlock *, 8> Dom;
2432     DT->getDescendants(D, Dom);
2433     DeadBlocks.insert(Dom.begin(), Dom.end());
2434
2435     // Figure out the dominance-frontier(D).
2436     for (BasicBlock *B : Dom) {
2437       for (BasicBlock *S : successors(B)) {
2438         if (DeadBlocks.count(S))
2439           continue;
2440
2441         bool AllPredDead = true;
2442         for (BasicBlock *P : predecessors(S))
2443           if (!DeadBlocks.count(P)) {
2444             AllPredDead = false;
2445             break;
2446           }
2447
2448         if (!AllPredDead) {
2449           // S could be proved dead later on. That is why we don't update phi
2450           // operands at this moment.
2451           DF.insert(S);
2452         } else {
2453           // While S is not dominated by D, it is dead by now. This could take
2454           // place if S already have a dead predecessor before D is declared
2455           // dead.
2456           NewDead.push_back(S);
2457         }
2458       }
2459     }
2460   }
2461
2462   // For the dead blocks' live successors, update their phi nodes by replacing
2463   // the operands corresponding to dead blocks with UndefVal.
2464   for(SmallSetVector<BasicBlock *, 4>::iterator I = DF.begin(), E = DF.end();
2465         I != E; I++) {
2466     BasicBlock *B = *I;
2467     if (DeadBlocks.count(B))
2468       continue;
2469
2470     SmallVector<BasicBlock *, 4> Preds(pred_begin(B), pred_end(B));
2471     for (BasicBlock *P : Preds) {
2472       if (!DeadBlocks.count(P))
2473         continue;
2474
2475       if (isCriticalEdge(P->getTerminator(), GetSuccessorNumber(P, B))) {
2476         if (BasicBlock *S = splitCriticalEdges(P, B))
2477           DeadBlocks.insert(P = S);
2478       }
2479
2480       for (BasicBlock::iterator II = B->begin(); isa<PHINode>(II); ++II) {
2481         PHINode &Phi = cast<PHINode>(*II);
2482         Phi.setIncomingValue(Phi.getBasicBlockIndex(P),
2483                              UndefValue::get(Phi.getType()));
2484         if (MD)
2485           MD->invalidateCachedPointerInfo(&Phi);
2486       }
2487     }
2488   }
2489 }
2490
2491 // If the given branch is recognized as a foldable branch (i.e. conditional
2492 // branch with constant condition), it will perform following analyses and
2493 // transformation.
2494 //  1) If the dead out-coming edge is a critical-edge, split it. Let
2495 //     R be the target of the dead out-coming edge.
2496 //  1) Identify the set of dead blocks implied by the branch's dead outcoming
2497 //     edge. The result of this step will be {X| X is dominated by R}
2498 //  2) Identify those blocks which haves at least one dead predecessor. The
2499 //     result of this step will be dominance-frontier(R).
2500 //  3) Update the PHIs in DF(R) by replacing the operands corresponding to
2501 //     dead blocks with "UndefVal" in an hope these PHIs will optimized away.
2502 //
2503 // Return true iff *NEW* dead code are found.
2504 bool GVN::processFoldableCondBr(BranchInst *BI) {
2505   if (!BI || BI->isUnconditional())
2506     return false;
2507
2508   // If a branch has two identical successors, we cannot declare either dead.
2509   if (BI->getSuccessor(0) == BI->getSuccessor(1))
2510     return false;
2511
2512   ConstantInt *Cond = dyn_cast<ConstantInt>(BI->getCondition());
2513   if (!Cond)
2514     return false;
2515
2516   BasicBlock *DeadRoot =
2517       Cond->getZExtValue() ? BI->getSuccessor(1) : BI->getSuccessor(0);
2518   if (DeadBlocks.count(DeadRoot))
2519     return false;
2520
2521   if (!DeadRoot->getSinglePredecessor())
2522     DeadRoot = splitCriticalEdges(BI->getParent(), DeadRoot);
2523
2524   addDeadBlock(DeadRoot);
2525   return true;
2526 }
2527
2528 // performPRE() will trigger assert if it comes across an instruction without
2529 // associated val-num. As it normally has far more live instructions than dead
2530 // instructions, it makes more sense just to "fabricate" a val-number for the
2531 // dead code than checking if instruction involved is dead or not.
2532 void GVN::assignValNumForDeadCode() {
2533   for (BasicBlock *BB : DeadBlocks) {
2534     for (Instruction &Inst : *BB) {
2535       unsigned ValNum = VN.lookupOrAdd(&Inst);
2536       addToLeaderTable(ValNum, &Inst, BB);
2537     }
2538   }
2539 }
2540
2541 class llvm::gvn::GVNLegacyPass : public FunctionPass {
2542 public:
2543   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
2544
2545   explicit GVNLegacyPass(bool NoMemDepAnalysis = !EnableMemDep)
2546       : FunctionPass(ID), NoMemDepAnalysis(NoMemDepAnalysis) {
2547     initializeGVNLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
2548   }
2549
2550   bool runOnFunction(Function &F) override {
2551     if (skipFunction(F))
2552       return false;
2553
2554     auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
2555
2556     return Impl.runImpl(
2557         F, getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F),
2558         getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree(),
2559         getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(),
2560         getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults(),
2561         NoMemDepAnalysis ? nullptr
2562                 : &getAnalysis<MemoryDependenceWrapperPass>().getMemDep(),
2563         LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr,
2564         &getAnalysis<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>().getORE());
2565   }
2566
2567   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
2568     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
2569     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
2570     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2571     if (!NoMemDepAnalysis)
2572       AU.addRequired<MemoryDependenceWrapperPass>();
2573     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
2574
2575     AU.addPreserved<DominatorTreeWrapperPass>();
2576     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
2577     AU.addPreserved<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
2578     AU.addRequired<OptimizationRemarkEmitterWrapperPass>();
2579   }
2580
2581 private:
2582   bool NoMemDepAnalysis;
2583   GVN Impl;
2584 };
2585
2586 char GVNLegacyPass::ID = 0;
2587
2588 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GVNLegacyPass, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
2589 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
2590 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceWrapperPass)
2591 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
2592 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
2593 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
2594 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
2595 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(OptimizationRemarkEmitterWrapperPass)
2596 INITIALIZE_PASS_END(GVNLegacyPass, "gvn", "Global Value Numbering", false, false)
2597
2598 // The public interface to this file...
2599 FunctionPass *llvm::createGVNPass(bool NoMemDepAnalysis) {
2600   return new GVNLegacyPass(NoMemDepAnalysis);
2601 }